由于工藝添加劑的存在,拉擠樹脂的固化動(dòng)力學(xué)與其他復(fù)合材料生產(chǎn)方法中使用的樹脂的固化動(dòng)力學(xué)不同。這些添加劑為復(fù)合材料增加了有用的性能,例如,減少?gòu)?fù)合材料在模具上的摩擦或降低復(fù)合材料的燃燒性。研究了添加劑對(duì)乙烯基酯樹脂固化動(dòng)力學(xué)的影響。采用差示掃描量熱法(DSC)對(duì)固化過(guò)程進(jìn)行了表征。采用動(dòng)態(tài)掃描法分析了硬脂酸鋅和氫氧化鋁對(duì)乙烯基醚ATLAC430樹脂在不同升溫速率下的影響。動(dòng)力學(xué)結(jié)果表明,添加劑對(duì)樹脂聚合焓有明顯的影響。添加劑對(duì)焓的影響也轉(zhuǎn)化為模型的動(dòng)力學(xué)常數(shù)。此外,添加劑對(duì)模型誤差也有影響——這種影響清楚地表明硬脂酸鋅的熔化,硬脂酸鋅的熔化疊加在所研究樹脂的最終聚合階段。結(jié)果表明,工業(yè)生產(chǎn)中的動(dòng)力學(xué)計(jì)算應(yīng)綜合考慮各種工藝添加劑,以優(yōu)化工藝,獲得大量高質(zhì)量的拉擠型材。此外,研究結(jié)果也清楚地表明,有必要進(jìn)一步研究添加劑對(duì)拉擠樹脂聚合動(dòng)力學(xué)的影響。
拉擠是一種高生產(chǎn)工藝,允許制造高性能等截面復(fù)合型材。生產(chǎn)的型材缺陷水平低,整個(gè)生產(chǎn)批次的質(zhì)量幾乎不變,可以生產(chǎn)幾天,型材總長(zhǎng)度達(dá)幾公里。在熱固性拉擠過(guò)程中,預(yù)浸增強(qiáng)材料被連續(xù)地拉過(guò)加熱的模塊,在模塊上進(jìn)行型材成形、加熱和聚合。過(guò)程連續(xù)性由牽引裝置提供。由于這一過(guò)程是自動(dòng)化的,幾乎不受人為因素的影響,因此產(chǎn)品的質(zhì)量將由在制造過(guò)程開始時(shí)正確選擇工藝參數(shù)來(lái)決定.
為了找到最佳的工藝參數(shù),如拉速、模塊溫度等,采用了樹脂固化過(guò)程的模擬。通常情況下,工程師在模擬其他復(fù)合材料制造過(guò)程時(shí)使用相同的模型,例如真空灌注、成型等。但是,由于減摩添加劑對(duì)過(guò)程動(dòng)力學(xué)的影響,這些數(shù)學(xué)模型并不理想地適用于拉擠過(guò)程。
在非等溫條件下對(duì)樹脂進(jìn)行了DSC表征。樹脂固化的關(guān)鍵特性是聚合的開始、峰值和結(jié)束溫度。另一個(gè)重要的樹脂參數(shù)是生成熱。對(duì)于兩個(gè)峰值坡度,反應(yīng)點(diǎn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)計(jì)算為基線與圖形拐點(diǎn)處切線的交點(diǎn)。由于樹脂在聚合過(guò)程中的熱容不斷變化,基線通常呈乙狀曲線。
數(shù)據(jù)分析表明,關(guān)鍵溫度與樹脂中添加劑的存在無(wú)關(guān)同時(shí),添加劑對(duì)釋放熱量有顯著影響。兩種添加劑對(duì)釋放的熱量有相反的影響。然后,鋅硬脂酸鹽和氫氧化鋁在混合物中的組合會(huì)導(dǎo)致順序的最終熱量,就像在沒(méi)有添加劑的情況下一樣。氫氧化鋁的作用可以用混合物中ATLAC430的質(zhì)量比來(lái)解釋,盡管釋放的熱量比樹脂的質(zhì)量減少得多。硬脂酸鋅的加入增加了焓峰面積。這表明廣泛使用的硬脂酸鋅添加劑不是惰性的,對(duì)某些樹脂有化學(xué)作用。硬脂酸鋅對(duì)能量釋放量的無(wú)與倫比的化學(xué)效應(yīng)需要進(jìn)一步研究。
結(jié)果表明,拉擠復(fù)合材料工業(yè)中使用的添加劑可以改變所用樹脂的動(dòng)力學(xué)特性。在乙烯基醚Atlac 430樹脂的情況下,在聚合反應(yīng)的偏移點(diǎn)、峰值和結(jié)束點(diǎn)檢測(cè)到釋放能量的顯著差異以及微小的變化。這些參數(shù)的影響還包括對(duì)動(dòng)力學(xué)模型常數(shù)的影響。對(duì)樹脂固化模擬進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明所用混合料固化率有顯著差異。這意味著,生產(chǎn)中樹脂固化的建模必須基于最終樹脂混合物的DSC掃描。不能根據(jù)固化劑固化樹脂的動(dòng)力學(xué)來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù).