赢创发布最佳表面质量和收缩率控制树脂白皮书

日前，赢创资源效率公司（Evonik Resource Efficiency GmbH）经Eike Langkabel、Sebastian de Nardo和Jens Bockhoff三位作者授权发布了一份技术白皮书，公布了生产汽车结构件、车身覆盖件等零部件的最佳树脂配方。具体来讲，这份报告深入分析了各种固化剂及其对树脂收缩行为的影响，同时对多种环氧树脂和聚氨酯配方进行了对比

　　作者介绍，由于固化过程中会出现由基体树脂聚合物分子之间的交联、纤维与树脂之间不匹配的热胀冷缩以及树脂的粘弹性松弛等行为所引起的化学收缩，残余应力一直都是复合材料生产过程所面临的严峻问题。这些现象相互关联，就会导致形状畸变、微裂纹、分层、强度降低、老化和表面波纹等问题的出现。对于汽车复合材料来说，树脂体系面临着相互矛盾的技术要求：高速生产周期会导致残余应力的产生，而残余应力越大，A级表面的质量就难以保证。
　　首先，研究者以异佛尔酮二胺（isophorone diamine）为固化剂，使多种双酚A型环氧树脂（DGEBA）发生固化。他们采用了体积膨胀测量法、DIN EN ISO 3521不饱和树脂和环氧树脂总体积收缩率测定法（比重瓶/浮力法）以及亚琛工业大学开发的pVT法等多种测试方法测出了环氧树脂的总收缩率为2.3-2.4%。随后，采用热机械分析法（TMA）测量了环氧树脂样品的长度变化。结果表明，样品发生的尺寸变化（膨胀与收缩）是由于松弛过程和样品中“冻结”的自由体积的变化所引起的。
　　研究者同样采用脂环族、芳脂族和脂肪族等不同种类的活性胺作为环氧树脂固化剂，所有样品在120°C下固化30min后测试其收缩效果，同时被测试的还有多种活性稀释剂。环脂族结构收缩率最小（2.4%），而脂肪族结构收缩率最高。而且，脂肪族分子链结构越长，收缩率越高。同样，活性稀释剂的脂肪链越长，收缩越明显，最大收缩率可达4.5%。
　　该报告的最后部分，研究者采用树脂转移模塑成型工艺（RTM）制备了复合材料部件，来观察实际的收缩状况及相应的零件表面质量。所有零件均采用相同的非屈曲织物准各向同性铺层作为纤维增强体结构，在120°C下固化10min。结果证实，含有脂环结构的环氧树脂配方优于含有开链脂肪族结构的配方，特别是配合采用模内涂层工艺制备时，零件表面几乎没有波纹形貌。
　　为了进一步降低收缩率，研究者同时研究了赢创公司的聚氨酯预浸料。赢创的聚氨酯体系，是含脲二酮结构的脂肪族二异氰酸酯，固化速度快、强度高和韧性高，在室温下储存性能稳定。由于在固化前其行为与热塑性树脂相似，因此，在预聚物状态下能够被轻松预制，而固化后则表现热固性特点。就收缩而言，该报告对比了采用脂环胺（IPD/DGEBA）做固化剂的环氧树脂体系（收缩率2.4%）和赢创的聚氨酯体系，后者由于化学反应和工艺过程的不同，收缩率小于1%。 
　　最后，该报告指出，在简单的预浸料模压成型工艺中采用聚氨酯预浸料生产的零件与改性环氧树脂产品的表面质量属相同等级。该报告同时指出，表面质量还与工艺过程、纤维结构和一体化的表面处理技术有关。