【復材資訊】集熱固性與熱塑性優(yōu)點為一體的新型復合材料
發(fā)布時間：2020-11-09 瀏覽次數(shù)：449
返回列表像熱固性塑料一樣堅固而耐用，卻像熱塑性塑料一樣可模壓和可回收利用，因此，微晶粉是“易變的熱固性塑料”，對復合材料行業(yè)的現(xiàn)狀提出了挑戰(zhàn)。一家由該技術(shù)的一些先驅(qū)發(fā)明者創(chuàng)立的創(chuàng)業(yè)公司，正在開發(fā)具有延展性的CFRP，以縮短生產(chǎn)周期。
50多年來，合成聚合物已分為兩大類：具有優(yōu)異機械性能但必須不可逆固化的熱固性材料；熱塑性塑料，可以熔化并重新加工，但熱性能和機械性能較差。該特性允許使用諸如注射成型的技術(shù)將熱塑性塑料相對快速地成型以用于大批量生產(chǎn)。此外，這些材料可以通過熔融加工回收。但從不利的一面看，大多數(shù)熱塑性塑料在高溫下都易于機械變形和蠕變。因此，它們在高溫下沒有足夠穩(wěn)固的尺寸穩(wěn)定性。另外，與類似的熱固性樹脂相比，商業(yè)熱塑性塑料通常成本較高。
盡管熱固性樹脂與熱塑性熱固性樹脂相比具有明顯的性能優(yōu)勢，但熱固性樹脂的固化時間較長，因此不適合用于汽車等大批量應用。此外，由于固化后無法重新處理熱固性樹脂，因此這些材料難以修復和重塑。
最近，可延展性的熱固性材料（也稱為玻璃化劑）的出現(xiàn)挑戰(zhàn)了這種傳統(tǒng)。
研究人員說：共價鍵交聯(lián)的聚合物，如熱固性塑料，但其顯著特征是網(wǎng)絡(luò)中的化學鍵可交換。通常，樹脂配方中包含催化劑，當材料加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時，該催化劑能夠進行鍵交換反應當氧化硅被加熱到可延展狀態(tài)時，它們的總交聯(lián)密度保持恒定，但是鍵交換的速率隨溫度的增加而增加，因為所有化學反應在較高的溫度下運行得更快。這導致粘度隨溫度逐漸降低，這不同于與熱塑性材料的熔融轉(zhuǎn)變相關(guān)的相對突然的粘度下降。搪瓷劑具有可逆性，可以對完全固化的材料進行焊接，模制，整形和回收?？催@張圖：隨溫度變化的三聚物的應力松弛行為表明，三聚物的可塑性流與鍵交換的反應速率相關(guān)。
隨溫度變化的應力變化曲線表明，可塑性流與鍵交換反應速率有關(guān)
這家公司發(fā)明了第一種已知的玻璃體材料，這種材料不需要催化劑，并且在環(huán)境條件下的行為類似于傳統(tǒng)的熱固性塑料。不含催化劑的微粉只有在加熱到給定配方的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上時才表現(xiàn)出可延展的行為，這意味著在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，聚合物網(wǎng)絡(luò)被凍結(jié)，因此與傳統(tǒng)的熱固性材料沒有區(qū)別。玻璃體聚亞胺平臺也很容易處理。例如，可用配方將Tg從室溫以下調(diào)至200?C以上。
這種新復合材料與熱固性塑料有何區(qū)別？
微晶聚合物代表了基于可動態(tài)交換的亞胺連接的聚合物網(wǎng)絡(luò)的一類新型聚合物。像熱固性塑料一樣，微粉聚合物是高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)聚合物。但是，與固化后永久保持固定形式的熱固性塑料不同，化學法產(chǎn)生的產(chǎn)品可以重塑。當加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時，完全固化的網(wǎng)絡(luò)聚合物會在聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進行快速的動態(tài)共價鍵交換。這樣可以輕松處理熱固性材料，使其在完全固化后可以加熱并重塑。冷卻后，材料保持類似熱固性的機械性能。這對復合材料意味著什么？
團隊已經(jīng)表明，當使用玻璃化樹脂制造結(jié)構(gòu)復合材料（例如碳纖維增強塑料（CFRP））時，會產(chǎn)生一些明顯的優(yōu)勢。
首先，與傳統(tǒng)的熱固性塑料不同，玻璃態(tài)的復合材料可以在固化后進行再加工。完全固化的材料可以加熱，重塑和重塑而不會失去其原始強度。
第二，可以將這些復合材料熱焊接在一起以形成整體固化的多層層壓板。
最后，由玻璃態(tài)樹脂制成的CFRP可以在基于溶液的工藝中輕松回收，其中纖維和樹脂可以分離，回收和再利用至其原始強度
這家公司正在使用新技術(shù)開發(fā)新型的“預固化預浸漬層壓板（預浸料）”，這將影響當前的預浸料用戶以及目前依賴快速固化樹脂傳遞模塑（RTM）工藝的高產(chǎn)能生產(chǎn)商樹脂。
預想的預固化的預浸料可延展性復合材料可以在制造過程的上游以卷對卷的方式作為單獨的層壓板進行固化，并在室溫下無限期地存儲。為了制造復合材料零件，可以將任意數(shù)量的層板加熱到材料的特定配方Tg，將其放在模具中達到所需的厚度，然后通過壓縮成型固結(jié)并形成最終零件。預固化的基體預浸料：模具停留零件生產(chǎn)中需要3分鐘在1到3分鐘內(nèi)，成型的零件可以立即脫模并處理，冷卻后會出現(xiàn)完全的剛度。廢料可以進一步用于形成其他零件，或者可以在基于溶液的過程中進行回收，在此過程中，纖維和樹脂材料可以回收再利用。
本質(zhì)上可回收由于新型復合材料中可逆的交聯(lián)化學，固化的樹脂可以使用樹脂本身的化學前體進行解聚。這樣可以循環(huán)回收和再利用樹脂和纖維。此過程可以在室溫下進行，以實現(xiàn)能量中性回收?？梢允┘訙睾偷臒崃浚?0°C）來快速解聚。
文章來源：JEC
原標題：《【復材資訊】集熱固性與熱塑性優(yōu)點為一體的新型復合材料》
