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集热固性与热塑性优点为一体的新型复合材料

   日期:2020-10-09     来源:JEC    浏览:128204    评论:0    
核心提示:像热固性塑料一样坚固而耐用,却像热塑性塑料一样可模压和可回收利用,因此,微晶粉是易变的热固性塑料,对复合材料行业的现状提
 像热固性塑料一样坚固而耐用,却像热塑性塑料一样可模压和可回收利用,因此,微晶粉是“易变的热固性塑料”,对复合材料行业的现状提出了挑战。Mallinda是一家由该技术的一些先驱发明者创立的创业公司,正在开发具有延展性的CFRP,以缩短生产周期。
玻璃化剂
50多年来,合成聚合物已分为两大类:具有优异机械性能但必须不可逆固化的热固性材料;热塑性塑料,可以熔化并重新加工,但热性能和机械性能较差。该特性允许使用诸如注射成型的技术将热塑性塑料相对快速地成型以用于大批量生产。此外,这些材料可以通过熔融加工回收。但从不利的一面看,大多数热塑性塑料在高温下都易于机械变形和蠕变。因此,它们在高温下没有足够稳固的尺寸稳定性。另外,与类似的热固性树脂相比,商业热塑性塑料通常成本较高。
  尽管热固性树脂与热塑性热固性树脂相比具有明显的性能优势,但热固性树脂的固化时间较长,因此不适合用于汽车等大批量应用。此外,由于固化后无法重新处理热固性树脂,因此这些材料难以修复和重塑。
  近,可延展性的热固性材料(也称为玻璃化剂)的出现挑战了这种传统。
  Mallinda首席执行官兼联合创始人Chris Kaffer:
  Vitrimers是共价键交联的聚合物,如热固性塑料,但其显着特征是网络中的化学键可交换。通常,树脂配方中包含催化剂,当材料加热到玻璃化转变温度以上时,该催化剂能够进行键交换反应
  当氧化硅被加热到可延展状态时,它们的总交联密度保持恒定,但是键交换的速率随温度的增加而增加,因为所有化学反应在较高的温度下运行得更快。这导致粘度随温度逐渐降低,这不同于与热塑性材料的熔融转变相关的相对突然的粘度下降。搪瓷剂具有可逆性,可以对完全固化的材料进行焊接,模制,整形和回收。
  看这张图:随温度变化的三聚物的应力松弛行为表明,三聚物的可塑性流与键交换的反应速率相关。
玻璃化剂2  
随温度变化的应力变化曲线表明,可塑性流与键交换反应速率有关
  Mallinda的共同创始人发明了种已知的玻璃体材料,这种材料不需要催化剂,并且在环境条件下的行为类似于传统的热固性塑料。Mallinda的不含催化剂的微粉只有在加热到给定配方的玻璃化转变温度(Tg)以上时才表现出可延展的行为,这意味着在玻璃化转变温度以下,聚合物网络被冻结,因此与传统的热固性材料没有区别。Mallinda的玻璃体聚亚胺平台也很容易处理。例如,可用配方将Tg从室温以下调至200?C以上。
  什么是Vitrimer,它们与热固性塑料有何区别?
  微晶聚合物代表了基于可动态交换的亚胺连接的聚合物网络的一类新型聚合物。像热固性塑料一样,微粉聚合物是高度交联的网络聚合物。但是,与固化后永久保持固定形式的热固性塑料不同,Vitrimer化学法产生的产品可以重塑。当加热到玻璃化转变温度以上时,完全固化的网络聚合物会在聚合物网络内进行快速的动态共价键交换。这样可以轻松处理热固性材料,使其在完全固化后可以加热并重塑。冷却后,材料保持类似热固性的机械性能。
  这对复合材料意味着什么?
  Mallinda团队已经表明,当使用玻璃化树脂制造结构复合材料(例如碳纤维增强塑料(CFRP))时,会产生一些明显的优势。
  首先,与传统的热固性塑料不同,玻璃态的复合材料可以在固化后进行再加工。完全固化的材料可以加热,重塑和重塑而不会失去其原始强度。
  第二,可以将这些复合材料热焊接在一起以形成整体固化的多层层压板。
  后,由玻璃态树脂制成的CFRP可以在基于溶液的工艺中轻松回收,其中纤维和树脂可以分离,回收和再利用至其原始强度
  Mallinda正在使用Vitrimer技术开发新型的“预固化预浸渍层压板(预浸料)”,这将影响当前的预浸料用户以及目前依赖快速固化树脂传递模塑(RTM)工艺的高产能生产商树脂。
  预想的预固化的预浸料可延展性复合材料可以在制造过程的上游以卷对卷的方式作为单独的层压板进行固化,并在室温下无限期地存储。为了制造复合材料零件,可以将任意数量的层板加热到材料的特定配方Tg,将其放在模具中达到所需的厚度,然后通过压缩成型固结并形成终零件。
玻璃化剂3
  预固化的Vitrimer基体预浸料:模具停留零件生产中需要3分钟
  在1到3分钟内,成型的零件可以立即脱模并处理,冷却后会出现完全的刚度。废料可以进一步用于形成其他零件,或者可以在基于溶液的过程中进行回收,在此过程中,纤维和树脂材料可以回收再利用。
  Vitrimers:本质上可回收
  由于Vitrimers中可逆的交联化学,固化的Vitrimer树脂可以使用树脂本身的化学前体进行解聚。这样可以循环回收和再利用树脂和纤维。此过程可以在室温下进行,以实现能量中性回收。可以施加温和的热量(30°C)来快速解聚。
 
 
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