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    增稠用乙烯基樹脂性能的研究

    放大字體  縮小字體 發布日期:2019-06-13  瀏覽次數:35
    核心提示:增稠用乙烯基樹脂性能的研究摘要:本文就增稠用乙烯基樹脂的情況作了一簡單的闡述,包括樹脂的增稠特性及相關因素進行表征,對于
     增稠用乙烯基樹脂性能的研究

     

    摘要:本文就增稠用乙烯基樹脂的情況作了一簡單的闡述,包括樹脂的增稠特性及相關因素進行表征,對于乙烯基增稠的應用具有實際的指導作用,同時也就乙烯基增稠材料的廣泛應用就了介紹。

    關鍵詞:乙烯基酯樹脂 SMC/BMC  增稠 玻璃鋼

    1、 前言

    模壓成型法(compression molding, 即SMC/BMC)工藝是目前國內外復合材料工藝的一種重要機械成型法,其主要原因在于適用于高精度、結構復雜、外觀要求高、可滿足不同的應用要求的零件或制品的大規模生產,而且過程可實現機械化、自動化,產品的穩定性也就可再現性非常高。同時在近40年的研究開發工作,使其應用的品種越來越大,制造技術也日臻完善,從初期的汽車工業擴大到各個工業領域,SMC及其制品的產量在發達國家已占復合材料產量的35-40%,因此,SMC及其制品制造技術已經成為一個國家復合材料技術水平的重要標志,而大力研發SMC/BMC制品也會給復合材料工業帶來巨大的經濟效益。

    我國自60年代開始發展SMC/BMC技術,技術及其應用也得到迅速發展,但是對于樹脂基體的應用目前也只能局限于通用不飽和樹脂(UPR)上,而隨著SMC/BMC在一些高性能要求的制品中的應用拓展,對于樹脂基體的要求也得到相應的提高,其中增稠用乙烯基樹脂的應用就是一個值得關注的熱點。

     

    2、增稠用乙烯基樹脂簡介

    作為一種高性能的不飽和樹脂,乙烯基樹脂的增稠特性一直是各廠家研究的方向,這是因為BMC/SMC的獨特應用特性得到廣大客戶的認可,尤其隨著BMC/SMC在汽車零部件上的應用,增稠型乙烯基樹脂同時具有更好看浸漬特性和流變特性,因此允許樹脂在較低的壓力下來模壓制品,乙烯基樹脂能夠較通用的不飽和樹脂承受更高的沖擊力,并具有良好的抗蠕變性和抗疲勞性。這些零部件包括車輪、座椅、散熱架、柵口板、發動機閥套等。當然,增稠型乙烯基樹脂能夠廣泛應用于電絕緣、工業用泵閥的制作、高爾夫球頭等。

    作為一種增稠用乙烯基樹脂,自然要求樹脂具有以下的特點:①與增強材料和填料的良好浸潤性;②初始的低粘度和快速增稠特性;③良好的力學特性,包括韌性和耐疲勞特性等;④較長的存放周期;⑤較低的固化放熱峰和較低的苯乙烯揮發等。為了達到使用效果,在乙烯基樹脂的合成研究中,原來較通用的方法是:在乙烯基酯分子上引入酸性官能團(羧酸),再利用這些羧基與堿土金屬氧化物(如氧化鎂、氧化鈣等),但這種方法增稠時間長,一般需要幾天時間,況對含水量敏感,在本文中主要討論該種增稠方法的乙烯基樹脂。現在也發展了另外一種方法,即用聚異氰酸鹽和多元醇反應以產生網狀結構,從而達到樹脂的快速稠化,該方法可適合于低壓成型,具有粘度控制穩定、對溫濕度要求低、存放期長的特點,同時制品的層間結合強度高的特點,同時也可以用帶過量醇的低酸值樹脂作稠劑。該方法的原理如下:

    分子

     

     

     

    在模塑的乙烯基酯樹脂復合材料,期靜態的物理性能稍優于聚酯樹有旨;但其動態性能卻明顯優于通用的不飽和聚酯樹脂材料,這與一些SMC/BMC生產廠家有實際的借鑒作用,之前一些在廠家在制得乙烯基樹脂的SMC材料后,發現性能上差別不是特別的明顯,但是成本上卻相當提高,因此認為乙烯基樹脂SMC沒有任何的應用場合等;用乙烯基酯樹脂的制的高強度片狀模塑料(HSMC)在汽車領域中有廣泛的用途。表2.1中給出了汽車用模塑料的一些物理性能。

    表2.1 聚酯SMC和乙烯基高強度模塑料(HSMC)性能比較

    組份(%)

    SMC

    HSMC

    HSMC

    玻璃纖維

    40

    50

    65

    樹脂

    30

    25

    35

    填料

    30

    25

    0

    拉伸強度(MPa

    131

    179

    221

    彎曲強度(MPa)

    296

    345

    428

     

    3、乙烯基樹脂的增稠特性

    3.1不同增稠劑的影響

    乙烯基樹脂的增稠特性是乙烯基樹脂在SMC/BMC應用中的基礎,由于乙烯基樹脂不同于通用的不飽和樹脂(該類型樹脂均含有羧基,可以達到不同程度的化學增稠作用),一般乙烯基樹脂是由環氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環加成化學反應而制得。它保留了環氧樹脂的基本鏈段,又有不飽和聚酯樹脂的良好工藝性能,它在適宜條件下固化后,表現出某些特殊的優良性能。但此時一般的通用型乙烯基樹脂中是不含有羧酸基團,而基團是化學增稠的基礎,所以增稠型乙烯基樹脂的增稠特性就顯的尤其重要。所以考察SMC/BMC用乙烯基樹脂在加入增稠劑后的一些增稠特性是對于該類乙烯基樹脂的一個重要指標。

    用于化學增稠的增稠材料一般有4種:氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鈣(石灰)、氫氧化鈣。增稠劑的用量一般為樹脂和低收縮(波紋)添加劑之各的0.3-3%,這取決于增稠劑 類型和樹脂的活性,我們根據一些實際應用經驗,選取不同增稠劑來測試不同的增稠效果,用量為樹脂重量的3%。

    圖3.1氧化鎂的增稠曲線

    圖3.2氫氧化鎂的增稠曲線

     

    圖3.3氧化鈣的增稠曲線

    圖3.4氫氧化鈣的增稠曲線

     

    從以上圖表中可以清楚的看出:氧化鎂的增稠效果是最好的,一是早期的增稠效果速度比較快,但與有同等情況下的一些不飽和樹脂的增稠相比,氧化鎂的增稠特性也相對較慢一點,一般通用的不飽和增稠樹脂在24-40小時左右即可達到粘度的穩定值,而乙烯基則要50小時以上;

    但是應該指出的,在我們提供的增稠曲線中并不是絕對的而只是我們的實驗室中的一種增稠表征,每個廠家在使用這種樹脂制作SMC/BMC時,應該根據自己廠家的氧化鎂、溫度及溫度等進行再次試驗,以確保其良好的加工性。

     

    3.2增稠劑的對增稠的影響

           在眾多的文獻中,也指出:增稠的效果將受的增稠劑的尺寸、樹脂的含水量和增稠劑的用量等因素影響。但由于條件受限,沒法對增稠劑的尺寸進行測試和評估,所以一般廠家在使用樹脂時,建議最好保持增稠劑的一致性,以免影響樹脂增稠效果的重復性。

           如前文所述,乙烯基樹脂是環氧樹脂的環氧鍵開環與甲基丙烯酸反應而成,不同于常規的不飽和樹脂生產工藝,在乙烯基樹脂的合成過程中,樹脂的得率為100%,而不會產生水份,所以在保持原材料的干燥基礎上,反應合成好的增稠乙烯基樹脂是不含任何水份,這樣只要保證其它外加組份的的干燥,樹脂的增稠效果就會得到保證。

           但是增稠劑的用量會對乙烯基樹脂的增稠效果產生明顯的影響,我們選取了不同氧化鎂的添加量,測試其不同的粘度增稠情況,具體見圖3.5。

    圖3.5不同氧化鎂用量的增稠

    所以,廠家在使用增稠乙烯基樹脂,根據自己的需要進行配方設計,我們在大量的應用基礎上給出一個參考配方(以樹脂的重量比):樹脂(100份),氧化鎂(1-3份),碳酸鈣(60-100份),玻纖含量(20-40份),脫模劑(1-3份),另外根據產品的要求,加入不同量的LPA等添加劑。

     

    4、增稠乙烯基的應用

           增稠用乙烯基由于基于乙烯基樹脂的相對于通用不飽和樹脂更好的特性,賦予了一些廣泛的應用,下面就結合國內外的一些成功應用以及玻璃鋼(FRP)的發展進行一下總結:

    4.1汽車工業中的應用

    汽車工業是SMC/BMC應用的一個重要領域,由于SMC相對于其它競爭性材料,具有高強、輕質、耐蝕以及與鋼材相近的熱膨脹系數的材料,所以在汽車工業中得到重要的應用。目前乙烯基增稠SMC/BMC在汽車中主要應用于發動機閥蓋、前風擋、擾流器和燈罩等應用場合,因為相對通用不飽和樹脂SMC/BMC而言,乙烯基樹脂能夠表現出更好的耐熱性、動態疲勞特性等。同時,目前國外出現了碳纖維增強的乙烯基SMC/BMC材料,由于碳纖維材料的力學性能和輕質特點更加杰出,比如在克萊斯勒的VIPER汽車上就大量地應用了碳纖維增強復合材料,因為有資料統計,汽車自重減輕100KG,百公里數油耗就可以減少0.7L,因此這不僅節省了汽車的油耗、節省了能源,也更有利于環境的改善。同時根據汽車工業應用的特點,出現了一種ZMC技術。

    4.2電氣絕緣的應用

           由于SMC/BMC材料的電絕緣性能、耐潮濕性和良好的機械物理性能,使SMC/BMC材料在電氣、絕緣方面更有廣泛的用途,在歐洲甚至超過了汽車工業中的應用。同時由于乙烯基樹脂總體來說保持了環氧樹脂的力學性能、耐熱性能和絕緣特性,所以相對于通用的不飽和樹脂,電氣絕緣特性(包括介電特性、耐電壓等)更為特出,所以在一些高要求的絕緣場合會得到更廣泛地應用,包括音響部件、高速微電機上的部件等。

    4.3其它應用

           乙烯基樹脂增稠SMC/BMC在其它應用方面更具有廣寬的應用前景,包括運動器材、工業建筑、防腐蝕應用等,其中我們可以利用乙烯基樹脂的良好耐候性,可以應用一些室外應用場合,尤其是現在如西北或高原鐵道上的一些信號指示部件,這樣會更能延長這些SMC/BMC的服役周期;也可以制作整體乙烯基模壓閥門等。

     

    PS :我司有VER增稠型FUCHEM893N系列樹脂產品供應,相關性能和應用可詳見我司技術軟文《耐高溫可增稠環氧乙烯基酯樹脂的研究》和《可增稠乙烯基酯樹脂的設計和應用》,同時還有《可增稠環氧乙烯基樹脂在SMC及預浸料成型工藝中的應用》以供備索,具體可致電我司:021-64759140,進行相關技術咨詢和資料的索取。

     
     
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