模壓成型纖維增強環(huán)氧片狀模塑料的研究.pdf

1、環(huán)氧片狀模塑料（ESMC）是在不飽和聚酯樹脂片狀模塑料（SMC）的基礎(chǔ)上研究出來的一種新型模壓料，可應(yīng)用于高強度、高腐蝕、高絕緣部件的生產(chǎn)。而ESMC的增稠體系和固化體系是制約ESMC發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前國內(nèi)外的環(huán)氧樹脂存在粘度太大不易浸潤纖維、無法化學(xué)增稠、固化時間長等缺點，難以滿足模壓工藝要求。因此迫切需要對環(huán)氧片狀模塑料的增稠體系、固化體系和流變體系進行深入的理論和實驗研究，以制備適合模壓工藝生產(chǎn)的環(huán)氧基片狀型模壓材料，拓展模壓制

2、品的使用領(lǐng)域。 針對ESMC的樹脂體系，本文采用“二步法”合成出了一種粘度較低、可化學(xué)增稠的低分子量環(huán)氧樹脂，并使用Gaussian03量子化學(xué)軟件，采用DFT方法，利用量子化學(xué)中的價鍵理論和分子軌道理論分析闡釋其合成機理，揭示其微觀反應(yīng)本質(zhì)，為環(huán)氧樹脂的合成提供了理論依據(jù)。 利用MgO和α-甲基丙烯酸混合物、二異氰酸酯預(yù)聚物可與含羥基環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原理，采用控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)物含量的方法來增稠環(huán)氧樹脂。并通過傅

3、立葉紅外光譜和差熱式掃描分析方法對環(huán)氧樹脂的增稠進行了表征，探討了環(huán)氧樹脂的化學(xué)增稠機理。結(jié)果表明，在MgO和α-甲基丙烯酸混合體系中，α-甲基丙烯酸中的端羧基先與氧化鎂進行的一種酸堿成鹽反應(yīng)，這種酸堿成鹽反應(yīng)伴隨著大量的放熱，放出的熱量在MgO這種催化劑的影響下又促進了α-甲基丙烯酸中的端羧基與環(huán)氧樹脂發(fā)生酯化反應(yīng)，進而達到增稠的目的；對于二異氰酸酯預(yù)聚物體系，在較低溫度（<50℃）的情況下，環(huán)氧樹脂中的羥基與異氰酸酯基反應(yīng)生成氨基甲

4、酸酯結(jié)構(gòu)；在溫度超過90℃的情況下異氰酸酯基會發(fā)生自聚反應(yīng)，生成含六元雜環(huán)的異氰脲酸酯；在更高的溫度下（≥210℃）環(huán)氧基與異氰酸酯基反應(yīng)生成含五元雜環(huán)的噁唑烷酮。隨著反應(yīng)繼續(xù)進行，分子鏈進一步擴展形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，體系的粘度不斷的增加。 針對ESMC固化體系，本文將環(huán)氧樹脂液體型快速固化劑包囊在微小的（5-500u）膠囊中，制備出室溫不固化、升溫可快速固化的環(huán)氧樹脂潛伏性微膠囊固化劑。分別通過測試ESMC體系等溫DSC曲線和升溫D

5、SC曲線，建立了分步等溫動力學(xué)理論模型和升溫動力學(xué)理論模型。通過等溫模型確立了環(huán)氧片狀模塑料的固化工藝：凝膠溫度（Tgel），固化溫度（Tcure），后處理溫度（Ttreat）。通過升溫模型計算出了引發(fā)體系溫度和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，并得到了ESMC固化過程特征溫度參數(shù)：峰始溫度（To），峰值溫度（Tp），峰終溫度（Tf）。 本文結(jié)合增稠體系和固化體系，確立了ESMC的片材生產(chǎn)工藝和模壓工藝。ESMC片材制備工藝主要分為四個步驟：①樹脂

6、糊的制備與上糊；②粗紗的切割與沉降；③粗紗的浸漬與片材收卷；④片材熟化與存放。而ESMC的最佳模壓工藝參數(shù)為：模壓溫度150℃、加壓時機15s、模壓時間15s、保壓時間30min。 而針對ESMC的流變特性，本文開展了片材流動性、纖維分布和纖維取向研究，其中的關(guān)鍵影響因素主要有纖維含量和長度、填料的含量和粒徑、模壓溫度、保壓時間、鋪料面積和閉模速度等。同時以現(xiàn)有的Hele-shaw模型和滑移擠壓流動模型為基準(zhǔn)，建立了適合于環(huán)氧片

7、狀模塑料在熱模具中的數(shù)學(xué)流動模型和傳熱模型。為ESMC的流動特性研究提供了理論依據(jù)。 最后，本文對ESMC制品的結(jié)構(gòu)與性能進行了分析研究。研究表明制品在各流動方向上的彎曲強度有很顯著的差別。當(dāng)纖維含量為30%，長度為24mm；填料含量為150份，粒徑為500目；模壓溫度為150℃，加壓時機為15s，合模時間為15s，保壓時間30min為時，ESMC綜合力學(xué)性能最佳。而且纖維含量和長度、填料種類、含量和粒徑對ESMC的體積電阻、介