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復(fù)合材料模壓工藝用助劑

 Polywill 2024-02-17 發(fā)布于上海
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正如助劑在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用,在復(fù)合材料模壓工藝中,助劑也有廣泛和不可取代的應(yīng)用。幫助模壓工藝控制體系粘度、改善流動性、解決產(chǎn)品應(yīng)用中面臨的問題,極大的降低了SMC/BMC的生產(chǎn)難度,提高了最終產(chǎn)品的合格率。

助劑產(chǎn)品使用簡單,通過較少的添加量來解決生產(chǎn)中遇到的復(fù)雜問題。本章將通過分述不同功能的助劑及其作用原理,來介紹各種助劑在模壓中的應(yīng)用。

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模壓應(yīng)用中助劑的分類

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模壓工藝是一個(gè)高填充的體系,成型又是在高溫高壓的過程中實(shí)現(xiàn),最終產(chǎn)品對表面質(zhì)量、產(chǎn)品尺寸、力學(xué)性能和其它物理性能都有要求。針對填料在體系中的分散(有機(jī)和無機(jī)),有分散助劑來控制體系粘度;對于體系內(nèi)有機(jī)物質(zhì)相互間的相分離,有防止相分離助劑;對于壓制中的流動性問題,有加工助劑可以提升流動性能;力學(xué)性能則可以通過偶聯(lián)劑和纖維浸潤劑來實(shí)現(xiàn)。

因此,助劑在模壓工藝中,基本可以分為:

潤濕分散劑

防止相分離助劑

加工助劑

偶聯(lián)劑

纖維浸潤劑

其它特殊助劑

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潤濕分散劑

1.1 潤濕分散劑的作用原理

潤濕分散劑在模壓工藝中主要解決兩個(gè)問題:降低粘度和穩(wěn)定分散效果。體系的低粘度狀態(tài)是由于無機(jī)粉料在液體中的有序排列所帶來的。在沒有使用潤濕分散劑的體系中,無機(jī)粉料也可以依靠機(jī)械力的輸入(如:高速分散劑)分散在液體中,但無法實(shí)現(xiàn)規(guī)則排列并保持這種狀態(tài)。在機(jī)械力撤除后,分散于液體中的粉體將回到無序的低能量狀態(tài),導(dǎo)致體系高粘度。對于有序的分散為初級粒子,我們稱之為“解絮凝”;相反的過程,初級粒子抱團(tuán)為更大尺寸的粒子,我們稱之為“絮凝”。

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無機(jī)填料在液體中分散,解絮凝和絮凝的轉(zhuǎn)換

潤濕分散劑的作用機(jī)理通常分為三種:電荷穩(wěn)定(Electrostatic stabilization)、空間位阻(Steric stabilization)、電荷穩(wěn)定+空間位阻(Electosteric stabilization)。目前最常見也最有效的分散劑是空間位阻類型的分散劑,他們適應(yīng)能力強(qiáng),可用于多種體系中。

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電荷穩(wěn)定 

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空間位阻

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電荷穩(wěn)定+空間位阻

空間位阻類型的潤濕分散劑通過顏料親和基團(tuán)作用在顏料/填料上,同時(shí)通過相斥基團(tuán)拉開初級粒子間的空間距離,實(shí)現(xiàn)和保持最好的分散狀態(tài)。

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1.2 潤濕分散劑的選擇

潤濕分散劑按照結(jié)構(gòu)的不同,可以分為三類:單官能團(tuán)、雙官能團(tuán)和多官能團(tuán)。單官能團(tuán)潤濕分散助劑能強(qiáng)烈降低體系粘度,最高能有60%降幅;雙官能團(tuán)潤濕分散劑兼顧降低體系粘度和防止填料沉降的作用,可以用于預(yù)填充樹脂體系的儲存防沉降。雙官能團(tuán)潤濕分散助劑的好處在于不會大幅降低體系粘度,可以替代以觸變效果防止沉降的助劑;多官能團(tuán)潤濕分散劑并不會降低體系粘度,甚至有可能提升體系粘度,但是其優(yōu)異的防沉降和防浮色發(fā)花能力是復(fù)合色色漿里必不可少的助劑。

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1.3 用于模壓體系的潤濕分散劑

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1.4 潤濕分散劑的用量

潤濕分散劑按照填料量計(jì)算,并在填料之前分散在體系之中。較之于苯乙烯的降粘效果,潤濕分散劑可以實(shí)現(xiàn)少量、快速降粘的效果。同時(shí),苯乙烯的過多加入,會降低最終產(chǎn)品的沖擊強(qiáng)度,增加有機(jī)物揮發(fā)。關(guān)于兩者效果的對比請參見圖示的降粘效果對比。

潤濕分散劑的用量可能對體系粘度有較大的影響。以圖示所示的用量-粘度圖可以看出,當(dāng)潤濕分散劑添加不足量時(shí),由于生產(chǎn)時(shí)計(jì)量的不準(zhǔn)確,會導(dǎo)致樹脂糊粘度有較大幅度的變化。合適的潤濕分散劑添加量應(yīng)該首先通過實(shí)驗(yàn)室測試,確定添加量增加或減少但體系粘度變化不大的中間點(diǎn)為配方添加量。

這樣可以有效降低批次間的差異,穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

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潤濕分散劑添加量對粘度的影響

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苯乙烯和潤濕分散劑降粘效果的對比

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防止相分離助劑

相分離是由于體系內(nèi)有機(jī)物相互極性的差異和比重的差異所導(dǎo)致的。最典型的是聚苯乙烯體系在體系中作為低收縮添加劑。

目前比較有效的防止相分離的方法有:

2.1 防止相分離助劑

這是一種專門作用于熱塑性塑料上的助劑,自身具有高分量。通過自身的極性來減少樹脂和熱塑性低收縮劑間的極性差異。

他們直接作用在熱塑性有機(jī)物上,能同時(shí)幫助熱塑性有機(jī)物在體系中的分散,作用和潤濕分散劑分散無極填料一致。

另外,防止相分離助劑還能有效防止由于有機(jī)色漿導(dǎo)致的產(chǎn)品發(fā)花問題。因此也可以用于有機(jī)色漿或復(fù)合色的制備。

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高分子量防止相分離助劑

2.2 使用帶觸變效果的助劑

觸變是另外一種能減緩體系相分離的方法。通常使用觸變效果更好的膨潤土產(chǎn)品(例如BYK公司的Garamite 1958有機(jī)膨潤土)。

觸變是通過氫鍵使體系增粘,從而限制體系內(nèi)填料和其他組分的運(yùn)動。使用觸變助劑的好處是可以同時(shí)防止填料沉降。但缺點(diǎn)是會提高體系粘度,可能會導(dǎo)致纖維浸潤問題。

比較好的防相分離方式是同時(shí)使用防止相分離助劑和觸變助劑。這樣可以最大限度的防止混合/生產(chǎn),以及增稠過程中導(dǎo)致的相分離。

相分離會導(dǎo)致拉絲、發(fā)花、低光亮度和產(chǎn)品表面微氣孔。

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加工助劑

這是一類比較特殊的助劑體系,提高模塑材料的流動性、纖維分布、表面質(zhì)量并替代硬脂酸鹽類脫模劑。

畢克化學(xué)公司是該類助劑技術(shù)最為成熟的公司之一,開發(fā)出了針對普通低收縮體系和A級表面產(chǎn)品的加工助劑。并且針對車燈體系專門研發(fā)了低霧影專用加工助劑。

畢克化學(xué)的加工助劑大多整合了多種功能,一種助劑滿足多種效果。特別是針對產(chǎn)品的免打磨、垂直立面的波紋解決和纖維分布幾個(gè)問題提供了很好的解決方案。

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加工助劑的多種功能示意

加工助劑在體系中的不遷移特性為免打磨、噴涂高附著力提供了簡單易行的途徑。原理和效果如下:

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加工助劑不遷移、在體系錨固的效果示意

霧影是有機(jī)物在高溫下?lián)]發(fā)遷移,在低溫表面凝結(jié)形成不透明薄層(或低透明度),導(dǎo)致透光率下降。

傳統(tǒng)硬脂酸鹽由于在體系內(nèi)處于游離狀態(tài),并且在壓制時(shí)容易形成孔洞等上升通道,因此會產(chǎn)生霧影。

加工助劑的不遷移性,有效解決了這個(gè)問題。

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加工助劑和硬脂酸鹽霧影測試的對別

加工助劑的不遷移特性還能實(shí)現(xiàn)免打磨直接噴涂、粘接的效果。這也為模壓工藝減少環(huán)境污染提供了一條很好的解決之道。


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