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华昌聚合物环氧树脂固化时间缩短至2-5分钟
来源:华昌聚合物  2016-01-18 10:37:30
本文阅读次数:5834

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=2564

  当今社会,随着汽车用量的急剧增加,能源和环保问题日趋严峻,如何减少汽车燃油消耗量,实现汽车的动力性、经济性、环保性和舒适性,已成为世界性的课题。中国作为汽车产销量最大的国家(2014年分别为2372万辆和2349万辆),更是将节能减排的新能源汽车的推广应用列入到了国家重点任务中。

  目前,可用于汽车轻量化设计应用的材料主要有高强度钢、轻质合金和复合材料。其中,以碳纤维为增强体的树脂基复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、整体成型及可设计性强等诸多优良的特性,综合性能超过铝合金及高强度钢,是理想的汽车用轻量化材料。
 

             图1 传统和碳纤维汽车车身的生产工艺路线图

  对于纤维增强树脂基复合材料,基体树脂是其中不可或缺的重要组成之一,它将增强材料结合到一起,可有效分布载荷和保护纤维,对材料的整体性能起着决定性作用,其中环氧树脂基复合材料具有高强度、低VOC、体积收缩率小、能量吸收强、减震降噪、高冲击性、耐疲劳性和耐化学性等一系列优良的特性,故其在汽车对强度、刚性和耐冲击性等要求均高的主承载车身结构件上的应用必将发挥重要的角色。环氧基复合材料在汽车工业方面有典型的应用,并占有突出的三大优势:一是自身减重;二是集成化功能,使系统减重;三是使系统的制造、安装和维修简单化,而且环氧基复合材料具有减震降噪的效果,从环氧基复合材料内在特点而言,所有纤维增强复合材料,特别是连续纤维增强的复合材料部件,对微裂纹及轻微外伤的敏感性都非常弱,采用这种复合材料制件结构件,安全性更高,可有效降低二次伤害的可能性和程度。

  然而,环氧树脂基复合材料的传统成型周期较长(数小时),远不能满足生产线对高成型效率和低成本的要求,从而使其在汽车工业的批量化生产应用遇到了极大的挑战。为此,国外数家企业(如陶氏、迈图、氰特等)已开发了适用于液体成型工艺(如真空导入、高压树脂传递模塑工艺等)的快速固化环氧树脂体系,将固化成型周期大大缩短至数分钟甚至几十秒钟,亨斯迈先进材料更是将其产品Araldite XB 3585环氧树脂与固化剂XB 3458成功应用到宝马i3车身车架的批量化生产(如图2所示),这也将引领和推广复合材料在轻量化汽车产业的大面积使用。但是,国外对这些产品仍处于技术封锁状态且价格昂贵,而国内对快速固化环氧树脂体系的开发还处于起步阶段。

                  图2  宝马i3及其全碳纤车身车架图

  为了顺应市场的发展潮流并响应轻量化汽车开发对高质量、低成本原材料的需求,华东理工大学华昌聚合物有限公司技术部于2015年3月成立了一支由邓双辉博士带头的快速固化环氧树脂研究团队,秉着我公司在热固性树脂方面多年的研究经验,并有着一流的院士和教授级技术顾问以及兢兢业业的研发工程师,经过我们半年多的不懈努力,现已取得了可观的成绩,我们在保证材料优异性能的前提下,有效提高了树脂与固化剂的反应活性,将环氧树脂的固化时间缩短至2-5分钟(具体工艺参数和性能见下表):

 

工艺参数
粘度(40oC,mPa.s)[ASTM D-2983]                       200-300
凝胶时间(60oC,热台,min)                                  8-12
凝胶时间(100oC,热台,min)                                2-5
凝胶时间(110oC, 热台,min)                              0.5-1.5
固化物力学性能
玻璃化转变温度 [ISO 11357-2, DSC, 10k/min]
10min 100 oC 105-115
弯曲性能 [ASTM D-638]  固化过程: 100oC 10min
弯曲强度(MPa) 120-140
弯曲模量(GPa) 3.2-3.5
拉伸性能 [ASTM D-638]  固化过程: 100oC 10min
拉伸强度(MPa) 75-85
伸长率(%)  5-8
弯曲模量(GPa)  3.2-3.5
 

  此外,我们还可根据客户对结构、工艺和性能等需求研制出特定的快速固化环氧树脂体系。

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=2564