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我的工作真正需要什么额定温度 (Tg) 的树脂?

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玻璃-液体转变、玻璃化转变或简称“Tg”是给定聚合物从固态到液态的转变。热塑性塑料可以在这两种物理状态之间来回转换,而热固性塑料则不能。

这些玻璃化转变温度,与树脂类型有关,控制使用温度和在给定温度下使用或暴露的物理特性。与预浸织物一样,Tg通常控制固化温度。选择给定的树脂系统时,Tg是考虑最终用途树脂时最重要的特性之一。Tg为环氧树脂、聚酯、BMI和乙烯基酯等热固性材料提供了一个特殊的范围,在这些范围内它们可以得到最佳使用,并提供了一种快速的应用比较方法。

重要的是要注意,大多数树脂的Tg不会明显高于固化时的Tg。这些Tg温度在很大程度上取决于制造过程中使用的硬化剂类型。较慢的固化剂通常具有比快速或“快速”固化系统更高的Tg。如“为什么后固化很重要”中所述,Tg也会受到固化剂固化温度的影响。Tg并不总是给出复合材料的“最高工作温度”。

该最高温度描述了复合材料在负载下保持其结构完整性的标准。Tg提供了更多的范围。热变形或变形温度通常与复合材料处于小负载下时适用用途的最佳温度有关。

在实践中

例如,船体不需要耐高温的树脂系统。今天制造的大多数船的Tg比正常使用时预期的高得多。因此,鉴于施加的应力不会变得高到导致退化问题,其机械特性在其整个生命周期内保持不变。大多数室温固化树脂都适用于此应用。

对于暴露在更多热量下的区域,例如汽车引擎盖,在当今某些车辆中添加涡轮增压器后,温度可能达到250F。除非计划每6个月左右制造一个新零件,否则需要使用性能更高的树脂。有限地暴露在接近树脂Tg的温度下不会对零件产生太大影响。但是,长时间暴露会导致机械性能下降。

额定温度较低的树脂会很快褪色并导致部件变形或翘曲影响。至少需要使用300 F或更高的Tg等级来确保零件的质量。此外,引擎盖应使用具有防紫外线功能的树脂,以减轻阳光降解的影响。日光降解会对某些树脂造成“褐变”效应和/或限制复合材料的使用寿命。使用抗紫外线的面漆也可以减轻阳光下的降解。

在阀盖等部件上使用复合材料可能会比汽车引擎盖暴露的温度略低。阀盖的温度暴露通常受发动机安全工作温度的限制和控制,在大多数车辆中,该温度不应超过200F。

对于油箱,暴露在树脂或复合材料系统中的温度不会超过100F或传统车辆环境中的环境温度。虽然最好的做法是将储气罐存放或保存在相对凉爽的环境中,但一些储气罐会暴露在阳光直射下。如果是这种情况,则应建立一些设计特征以确保蒸汽不会在储罐内产生压力。在阳光直射下使用的树脂应具有约200F的Tg,以避免可能的翘曲问题。

用于判断树脂系统Tg的另一条经验法则是了解该组件目前在现有工艺中由什么制成。例如,扰流板通常由ASA塑料制成。(丙烯酸苯乙烯)塑料的使用温度为167F。知道这一事实后,使用能够在ASA塑料范围内工作温度的树脂将作为汽车扰流板的安全赌注。

固化注意事项

树脂性能受其固化参数的影响很大。如测试树脂所示,根据其后固化参数(129 F至173 F),热变形温度的变化可超过40 F。如果复合部件上没有显着负载,则复合材料可能暴露的温度可以达到接近200F,并采用适当的后固化参数。这一事实使得设计固化参数成为可能,以便使用单一类型的树脂来满足不同的最终使用温度需求。

在围绕特定树脂系统进行设计时,可以使用其他选项。降低复合材料组件可能暴露的温度等选项。耐温涂层可以放置在可能容易暴露在较高温度下的区域。经济的选择包括添加当今汽车行业常用的织物和垫子,以保护引擎盖内部或其他部件免受高温暴露。如果垫子用于隔离汽车引擎盖上的温度,则可以使用较低Tg的树脂。总体目标是减轻接近其最佳温度设计参数的部件的热量和湿度暴露。

在航空航天工业中,但不限于,高压釜和烤箱固化的环氧树脂很常见。在大多数情况下,预浸树脂提供超过350F的工作温度。这对于摩擦力不大的车身面板和结构负载部件非常有效。(摩擦可能会使层压板暴露在更高的温度下)如果结构部件需要超过400~500F的使用温度,则使用BMI或聚酰胺等树脂类型可能更好,但更昂贵。

在计划制造任何组件时,应该询问、研究和彻底审查与过去是否以及如何制造组件有关的问题。之前用于零件的材料可能会告诉您应该或可以制造具有相同功能的树脂的温度。对零件原始结构的现有条件所获得的知识将有助于更好地进行复合材料构件的设计阶段。请始终参考树脂的技术数据表(TDS),了解有关任何树脂的热性能和固化参数的信息。

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