环氧固化的收缩和内应力方案.ppt

环氧树脂在固化过程的收缩和内应力 行业总师会议 环氧树脂在固化过程的收缩和内应力 环氧树脂在固化过程中的膨胀和收缩 体积膨胀—— A点热膨胀到B点 反应收缩－－从B点体积收缩经凝胶点C后，继续固化收缩到D点， 冷却收缩－－ D点经E点（玻璃化温度Tg的转折点）到F点。 Tg以上是高弹态，即DE段，为高弹态收缩； Tg以下是玻璃态，即EF段，为玻璃态收缩 BF的体积变化是固化体系的最大收缩。AF是固化体系固化前后在室温下的体积变化。 C点到F点的体积变化值称为凝胶后收缩。此值愈小则内应力相应愈低。 内应力主要是玻璃态的收缩所致。 环氧固化物的内应力及其产生机理 环氧树脂基体的收缩和内应力与其结构的关系 环氧树脂基体的收缩和内应力与其结构的关系 无机填料对内应力的影响 支配固化物内应力的主要因素 降低内应力的途径 降低内应力的途径－材料设计 降低内应力的途径－工艺设计 延长固化持续时间 降低升温和冷却速率 保持均匀的温度场 进行后热处理以松弛内应力 纤维及填料分布均匀 采用压力凝胶工艺 Advanced Materials 收缩 树脂的交联 温度的变化 产生 环氧树脂 固化过程 使用过程 内应力 不均匀 制件尺寸和形状的变化 翘起 裂纹 A B C D E F Tr Tg TC T 温度/ C 比容积(cm3/g) 最大固化收缩 冷却后收缩 反应收缩 凝胶后收缩 玻璃态收缩 高弹态收缩 室温 玻璃化温度 固化温度 内应力 固化内应力 温度内应力 不均匀温度场的存在是固化内应力产生的主要因素之一。 升温速率过快 散热条件不同 冷却速率过快 环氧固化物的线胀系数与纤维，填料或被粘物的线胀系数 相差很大，在使用过程中随温度的变化两者之间因胀缩不 均会产生内应力 固化物在进行机械加工时，材料与刀具摩擦引起局部过热， 刀具过后又迅速冷却也会产生内应力 无应力构件长期放置，由于环氧材料受温度变化及空气中 水分和氧气作用也会产生内应力 内应力 体系的 化学结构 物理结构 内因 分子结构 用量比 交联程度 体系的均匀度 正确确定 配方 工艺条件 固化物的线胀系数 了解两者的关系 A C D E F Tr Tg TC T 温度/ C 比容积(cm3/g) 最大固化收缩 冷却后收缩 反应收缩 凝胶后收缩 玻璃态收缩 高弹态收缩 室温 玻璃化温度 固化温度 结论 内应力在高弹态基本不产生 内应力在玻璃态则随温度的下降呈直线比例上升 内应力主要是玻璃区的收缩所致 内应力的大小取决于收缩率的大小 Tg越高，玻璃态收缩越大，内应力越大 Tg下降，玻璃态收缩减小，内应力降低 无机填料的线胀系数 环氧固化物的线胀系数 小一个数量级 降低体系的收缩率 ！使用不当，反而会增加内力力 内应力 玻璃态的收缩率 玻璃态的线胀系数 Tg Tg与室温的温度差 玻璃态的弹性模量 减少内应力产生 内应力松驰掉 选用模量低的、收缩率小的、线胀系数小的树脂体系 选用韧性树脂体系 选用低温固化体系 加入粉状无机填料 较低的温度下固化则其零应力点较低 填料添加有以下几个作用:1.导热性能要求.2.降低CTE3.降低成本.可能出现的问题:1.长期放置会出现沉积,客户使用时忘记在原桶中充分混合而达不到原有设计效果.2.填料的增加,在机器混胶的状况下,会增加机器的磨损.3.不同填料的添加会产生非常不同的效果. 其实现在灌封料的一个发展方向就是低CTE ，其实也是另外的一种说法就是高填充型灌封料，在灌封料的填料添加除了需要考核其添加的材质外，添加的能力也是一个比较高的技术，需要大量添加而不影响工艺性也不会出现大量的沉淀。在部分高导热的灌封料中，CTE可以做到24ppm，导热系数可以达到0.8左右。A料里面加不进去就加到固化剂里面，并保证不沉降，确保工艺性。就是典型的高技术灌封料。当然也是使用在特定的产业中。降低CTE可以加熔融石英粉，球形最好，另还要选择合适颗粒分布增加填充量。