Подготовка и оценка на ефективността на устойчива на висока температура препрег епоксидна смола

1. Въведение

Като важна термореактивна смола, епоксидната смола има добри електрически свойства, химическа стабилност, отлични механични свойства и адхезивни свойства и се използва широко в много области. През последните години, с бързия растеж на потреблението на епоксидна смола в Китай, бяха поставени много нови изисквания за разнообразието от епоксидни смоли. Търсенето на високотемпературна епоксидна смола в някои висококачествени продукти се увеличава. Въпреки че някои разновидности на високотемпературна епоксидна смола са разработени в страната и чужбина и е формирано определено производство, то все още не може да отговори на настоящите и бъдещите нужди от развитие. Основните чуждестранни производители на този вид специална епоксидна смола са Dow Chemical от САЩ, Tokyo Chemical от Япония, Mitsubishi Gas Chemical и др. Тъй като първоначалното ѝ предназначение е главно за военна употреба, чуждестранните държави са наложили дългосрочна техническа блокада върху технологията на производство на този вид материал и са ограничили износа ѝ. Производството на продукти, разработени в Китай, е ограничено, а цената е висока, което не може да отговори на настоящото бързо нарастващо търсене за гражданска употреба [4]. За да се отговори на вътрешното търсене на епоксидна смола, устойчива на високи температури, е спешно да се разработи епоксидна смола, устойчива на високи температури, с подходящ вискозитет, добра технология на обработка, добра стабилност при съхранение и умерена цена.

В тази статия са смесени многофункционална епоксидна смола и епоксидна смола E51 и е избрана подходяща система от втвърдители, за да се подобри топлоустойчивостта на епоксидната смола. Същевременно вискозитетът и комплексните свойства на смолната система са коригирани чрез съотношение, за да се отговорят на изискванията за производителност и да се адаптират към производството на горещо стопяем препрег. Препрегът е много важна суровина за производството на FR4 листове , 3240 епоксидни листове , бакелитови листове и 3026 фенолни памучни листове.

2. Експериментирайте

  а. Суровини, инструменти и оборудване

  I. Суровини: многофункционална епоксидна смола (A), обща епоксидна смола E51 (B), високотемпературен втвърдител (C), заздравител (D), ускорител (E).

  II. Инструменти и оборудване: тестер за точка на омекване, тестер за време на гел KOREALABOTECH244 － 1544, реометър TAAR2000, диференциален сканиращ калориметър TA50WS (DSC), универсален тестер за материали INSTRON2382, машина за залепване, машина за препрег.

  b. Подготовка на проба за изследване

  I. Приготвяне на смола: загрейте и разтопете епоксидна смола и втвърдяващ агент в определена пропорция, разбъркайте, докато сместа стане еднородна, охладете до под 80 ℃, добавете втвърдител и ускорител, вакуумирайте и отстранете мехурчетата и разбъркайте равномерно.

  II. Подготовка на тялото за отливане от смола: изсипете системата от вакуумирана смола в предварително загрятата форма, докато е гореща, и я втвърдете според определена система за втвърдяване.

  III. Подготовка на горещо разтопен лепилен филм: поставете стопената смола в резервоара за лепило на апликатора за лепило, прехвърлете смолата върху съответната освобождаваща хартия през ролката и след това охладете готовия лепилен филм през охлаждащото устройство за филмово покритие.

  IV. Подготовка на препрег от въглеродни влакна: покритите горен и долен слой от смолен филм и въглеродни влакна се смесват от композитна машина. Двата слоя смолист филм и подсилващи влакна образуват структура тип "сандвич". Смолата се накисва равномерно във влакното чрез нагряване на горещата плоча и нагряване и екструдиране на четири двойки нагревателни ролки, за да се образува препрег.

  V. Приготвяне на тестови ленти за препрег: изрежете и покрийте препрега според стандарта за изпитване, втвърдете и оформете според определена система за втвърдяване и след това нарежете на стандартни тестови ленти.

3. Резултати и дискусия

а. Приготвяне на формула за смола

  Съгласно изискванията за устойчивост на топлина на смолата, температурата на встъкляване TgDSC на системата от смола се определя на ≥ 190 ℃. В същото време смолата трябва да е подходяща за производството на горещо стопяеми препреги. Смолата трябва да е полутвърда при стайна температура, да не залепва по ръцете, да не полепва по хартията и времето за желиране на смолата трябва да е подходящо. Според производствения опит, точката на омекване на смолата се определя на 35 ~ 45 ℃, а времето за желиране при 170 ℃ се определя на 20 ~ 30 минути.

  Първо, многофункционалната епоксидна смола (A) и заздравителят (D) се смесват в съотношение 100/10 и се добавя определено количество високотемпературен втвърдяващ агент (C), без добавяне на обща епоксидна смола E51 (B) и ускорител (E) и след това се изследва ефективността на системата от смола. Според анализа на формула 1 #~4 # в таблица 1, с постепенното увеличаване на количеството високотемпературен втвърдяващ агент (C), Tg на системата от смола показва възходяща тенденция, но якостта на опън постепенно намалява; Времето на желиране, точката на омекване и Tg на формула 2 #~4 # могат да отговорят на изискванията.

Таблица 1 Пропорции и свойства на различни смоли

  За да се регулира якостта на опън на смолата, без да се увреждат термичните свойства на смолата, е необходимо да се намали количеството на високотемпературния втвърдяващ агент (C) и да се добави определена част от ускорителя (E). Относително казано, количеството добавен втвърдител е голямо, а количеството добавен ускорител е малко. Неравномерното смесване в действителното производство е лесно да причини експлозия на смола. Следователно е необходимо да се регулира процеса на смесване на смолата. Първо използвайте общата епоксидна смола E51 (B), за да смилате високотемпературния втвърдяващ агент (C) и ускорителя (E) и след това добавете сместа в смолата след многофункционалната епоксидна смола (A) и заздравителя (D). ) се сливат пропорционално.

  Може да се види от формула 5 в таблица 1, че времето за желиране е значително по-кратко от това на формула 1, когато се добави ускорител (Е). Когато смолата достигне гела, омрежването на молекулярната мрежа ще се ускори и смолата бързо ще премине от състояние на вискозен поток в състояние на стъкло. Поради добавянето на втвърдяващ агент в тази смола, вискозитетът на смолата е голям, течливостта на смолата е лоша и въздухът се отделя трудно. Ако времето за гелиране е твърде бързо и мехурчетата от смола не са напълно изпразнени, смолата е била гел, което ще причини дефекти като слабо свързване между смола и влакно, кухини и т.н., което не е благоприятно за последващата работа на продукта и подобряването на характеристиките на композитния материал. Следователно количеството на втвърдителя трябва да се намали. Таблица 1 Якостта на опън на формула 6 и формула 7 е значително по-висока от тази на формула 4, когато се добави системата високотемпературен втвърдяващ агент (C) - ускорител (E), смляна с обща епоксидна смола E51 (B). Въпреки това, поради голямото количество обща епоксидна смола E51 (B) във формула 6, което влияе на температурата на встъкляване Tg на системата, формула 7 най-накрая беше избрана като формула на смола.

  b. Реологични свойства на смолата

  За да се изпълнят изискванията на производствения процес на топим препрег, бяха тествани реологичните свойства на смолата с формула 7 при различни температури и резултатите са показани в таблица 2. От таблица 2 може да се види, че вискозитетът на смолата се променя с температурата. Следователно, в процеса на приготвяне на филм от смола, вискозитетът на смолата може да се регулира чрез контролиране на температурата, за да отговори на изискванията на процеса за приготвяне на филм от смола.

Таблица 2 Вискозитет на смолата при различни температури

  По време на процеса на нанасяне на покритие вискозитетът и температурата ще повлияят на дебелината и качеството на адхезивния филм. Например, когато вискозитетът е твърде висок, течливостта е лоша, което не е благоприятно за образуването на добър филм от смола. Когато вискозитетът е твърде нисък, лесно се губи. Основната причина е, че втвърдителят е добавен към системата от епоксидна смола и смолата е била нагрявана дълго време по време на подготовката на филма. Когато температурата е твърде висока, макромолекулите и верижните сегменти могат да претърпят термично движение, което ще повлияе на живота на крайните продукти. Следователно, когато се приготвя адхезивното фолио, температурата трябва да бъде възможно най-ниска, при условие че са изпълнени изискванията на процеса. Може да се види от таблица 2, че вискозитетът на смолата при 60 ℃ е голям, което влияе върху стабилността на подготовката на филма, така че 70 ℃ е избрана като температура на филма.

 ° С. Определяне на системата за втвърдяване

  Перфектната система за втвърдяване може да подобри производителността на продукта, в противен случай не само ще повлияе на производителността на продукта, но и ще доведе до различни проблеми в процеса. Втвърдяващата система може да се определи чрез неизотермичен DSC експеримент. При различни скорости на нагряване от 5~25 ℃/мин, системата от смола има съответната начална реакционна температура (Ti), пикова реакционна температура (Tp) и крайна реакционна температура (Tf) (Таблица 3). Началната температура на реакцията (Ti), пиковата температура на реакцията (Tp) и крайната температура на реакцията (Tf) при скорост на нагряване 0 могат да бъдат получени съгласно линейното уравнение на трите.

Таблица 3 Ti, Tp и Tf при различни скорости на нагряване

д. Оценка на устойчивост на топлина

  Топлинната устойчивост на системата от смола обикновено се оценява чрез температурата на термична деформация, температурата на встъкляване и температурата на разлагане на термичната загуба на тегло на материала. Температурата на встъкляване Tg е температурата на материала от стъклено състояние до високоеластично състояние, което е важна информация за определяне на работната температура на материала. Температурата на встъкляване в DSC кривата е 203 ℃.

д. Оценка на механичните свойства на смоли и композити

  Таблица 4 показва данните за свойствата на опън и огъване на втвърдената смола. Таблица 5 показва данните за механичните свойства на еднопосочните ламинати с предварително импрегнирани въглеродни влакна. Според данните в таблица 4, механичните свойства на системата от смола и препрега от въглеродни влакна могат да отговорят на изискванията за целева стойност.

Таблица 4 Механични свойства на отливка от смола

Таблица 5 Механични свойства на еднопосочен ламинат от въглеродни влакна

4. заключение

В тази статия многофункционалната епоксидна смола и общата епоксидна смола E51 бяха смесени и беше избрана подходяща система от втвърдител и ускорител за разработване на устойчива на висока температура препрегова епоксидна смола, като бяха тествани свойствата на смолата и композита.

  а. Мултифункционалната епоксидна смола е от полза за подобряването на устойчивостта на топлина на системата. Когато съотношението на масата на системата (A/B/C/D/E) е 75/15/25/15/0.3, тя има отлична топлоустойчивост и може да отговори на изискванията за производство на горещо стопяеми препреги.

  b. DSC кривите на системата от смола при различни скорости на нагряване бяха тествани чрез DSC експерименти. Оптималната система за втвърдяване на системата от смола беше 160 ℃/1h+180 ℃/3h чрез линейно монтиране.

  ° С. Системата от смола има отлична устойчивост на топлина, а Tg, измерена чрез DSC, е 203 ℃.

  д. Механичните свойства на системата от смола и препрега от въглеродни влакна отговарят на изискванията за целева стойност.