胶水固化应力分析

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1、一维固化收缩应力的研究中国玻璃钢综合信息网　日期:2005-02-21　阅读:2713　字体:大中小　双击鼠标滚屏1引言   由玻璃纤维和不饱和聚醋树脂(UP)组成的复合材料广泛用于各种制品生产，在树脂固化过程中由于树脂的体积收缩会产生残余应力。从而导致树脂的断裂，而且，树脂收缩可能会降低制品的表面质量。例如在大型构件成型时，产品容易产生变形和翘曲。许多学者提出树脂固化收缩与残余应力之间有着密切的联系，但大多是理论上定性的说明，至于二者之间的定量关系研究却很少。本文利用自制的测试固化应力的仪器，测试研究了在凝胶点后的树

2、脂固化时一维固化收缩应力的产生。通过低温固化反低轮廓添加剂(LPA)控制收缩进一步测试研究其产生情况，观察了低收缩对固化应力的影响。通过加人LPA，这些应力可以减小甚至消除。2实验部分   本实验所使用的不饱和聚醋树脂为金陵帝斯曼PalatalP6一88KR;促进剂为北京玻璃钢研究设计院生产的环烷酸钴(含有10%活性钴离子)，加人量为0.5%;引发剂采用阿克苏公司生产的过氧化甲乙酮(含有8.9%活性氧)，加人量为1.5%。低轮廓添加剂是亚什兰化学试剂公司生产的PVAc类低收缩添加剂LP-4016和PS类SWANCOR7

3、310添加剂，阻聚剂为氢锟，加人量为0.2%。   本实验所用的固化应力测试装置是自己设计加工的。在一个钢模中放置一个细的圆柱形模腔，用以填充树脂。模腔的下面设计成具有较大的直径(下面的直径比上面的大)，目的是在固化过程中锁住树脂。模腔的上面放置一个螺杆，其头部伸人到树脂中。模腔用高效液体脱模剂处理，以在固化初级阶段提供从模具壁上脱离的减聚力。这种装置的优点是树脂在收缩时仅受到纵向约束，在径向上没有限制。由于树脂收缩，与测力传感器相连的螺杆受到一个向下的力。这样可以获得固化过程中树脂纵向拉伸应力与时间的函数。   所选

4、的测力传感器的精度为士o.4N，考虑到树脂模腔的直径为13mm，所以应力测量的精度要好于土0.02MPa，远小于测量的应力(约2MPa)。因此所测量的结果精度较高。模腔内树脂固化收缩示意如图1所示。  测试步骤为①将应力传感器通过信号放大器与计算机相连，仔细检查各仪器连接是否正确;②应力测试仪的上下两部分用螺钉连接，模腔内用高效液体脱模剂涂刷几次，测试螺杆也用该脱模剂涂刷数次，以保证树脂固化后脱模不粘模;③按配方配制树脂，待模腔中脱模剂挥发后将树脂倒人，至与模腔顶端距离约2mm;④测试仪旋入联接件(旋入较深)，再整体旋

5、入固定底座，调整测试仪高度到合适位置，测试螺杆与称重传感器连接，使螺杆头伸人到树脂中；（5）放入加热管加热并利用热电偶监控温度，启动计算机集程序观察应力示数，同时加热测试仪;待测试仪温度上升到指定值后开始采集应力数据；持续约7h后停止加热，保存数据;⑦拆下加热管和热电偶，测试仪旋入联接件中使螺杆退出传感器，整体从底座上拆下⑧进行树脂脱模。3、果与分析图  图2，3显示了加入不同含量LP401b的树脂体55℃和82℃固化过程中一维固化应力的发展。在最初的固化阶段应力保持为零，此时树脂为液态。在该阶段树脂收缩被树脂从螺杆头

6、部向圆柱体下面的流动所补偿。当树脂达到凝胶点时应力开始产生。加入较少LYA含量的树脂因收缩而产生拉伸应力，因为树脂中具有LPA的中间体，一段时间后拉伸应力减小。含有4.5%LPA-4016的树脂固化应力最大。随着LPA含量的增加，应力减小。加人较大含量LPA的树脂因树脂膨胀，在55℃时甚至会产生一个压缩应力。而且，可以看到55℃时不同含量下产生的固化应力比82℃时相应含量的固化应力要大。   图4，5显示了加入不同含量PS类7310树脂体系在55℃和82℃固化过程中一维固化应力的发展。加入较少LPA含量的树脂因收缩而产

7、生拉伸应力，因为树脂中有LPA的中间体。一段时间后拉伸应力有所减小;并且拉伸应力随着LPA含量的增加而减小。加人较大含量LPA的树脂因树脂膨胀甚至在82℃会产生压缩应力。可以看到55℃时不同含量下产生的固化应力比82℃时相应含量的固化应力要小，这与LP-4416不同。   温度和LPA含量不仅可以影响到固化应力的大小，LPA的种类也会影响其大小。图6比较了55℃和82cC时，在相同的含量4.5%和10%左右时LP-4016和PS类7310的固化应力。从图中可以看出，在相同温度和相同含量下含4016的树脂体系的固化应力均

8、大于含7310的树脂体系的固化应力。4结语   UF树脂固化可能产生10%的体积收缩，一部分收缩发生在树脂凝胶点之后。收缩应力是在应力产生的过程和正在固化的树脂的应力松弛过程中发展的。前者是在约束下进一步收缩引起的，从而希望通过树脂收缩的减小而减小应力的产生。加人LPA可能会减小这样的收缩。实际上，加人LPA对于减小UP树脂产品中