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曹卓:PET结构芯材及其可靠性研究

2022-08-19 浏览数:395

尊敬的各位嘉宾,大家下午好,我是来自保定维赛的曹卓,很高兴有机会与大家分享关于芯材的学习。

 
 
保定维赛新材料科技股份有限公司技术副总监曹卓
 

曹卓:尊敬的各位嘉宾,大家下午好,我是来自保定维赛的曹卓,很高兴有机会与大家分享关于芯材的学习。

保定维赛成立于2011年,公司成立至今一直致力于高性能结构泡沫的研发、生产,到目前为止12年时间,公司已经成长成为国内最大,也是唯一一家拥有几种不同结构芯材的发泡、研发、生产为一体的企业。

(PPT图示)这是产能的分布,在保定威海连云港三个基地,总计30万立方米以上的发泡能力,同时拥有20万立方米每年的套材加工能力,同时具备发泡相关的研发团队可以根据客户不同的要求定制化优化泡沫的结构、性能。

(PPT图示)这是我们公司五大系列产品,目前拥有完全自主知识产权的PVC、PPT、PMI、PI泡沫发泡能力,同时参与芯材行业标准两项,荣获中国轻工业联合会科技进步一等奖一项,目前客户主要覆盖国内外一线的主机厂和叶片厂,包括金风、远景等。

(PPT图示)PET材料相关性能,样品选择是PET100,在300到450之间质量出现了比较大的下降,450度左右只剩下原始重量20%左右,空气分解速度远远大于氮气环境,说明材料存在和氧气发生的关联团或分子结构。在60度到100度范围之内,损耗因子产生了比较大的增长,说明这段区域整个分子的热运动比较剧烈。此外,通过相关的材料,PET泡沫或者PET材料本身的Tg值范围是在65到80度之间,表明温度升高到一定情况下,PET泡沫力学性能是存在发生变化的物理基础。

(PPT图示)力学性能方面,选取了4个不同的温度,随着温度升高,强度和模量发生了一定变化,模量下降速度超过强度下降的速度。同时观察到在常温和高温情况下不同的破坏区域,20度的时候,破坏的位置更加接近于样品的中心区域,温度升高的话,破坏位置更加接近于工装,说明温度升高或最靠近接触面的泡沫发生的速度更快。

压缩性能方面,随着温度的升高,强度和模量出现的一定程度的下降,60度时损失率分别为39%、37%。两者之间有破坏形势的变化,在玻璃化转变温度下,随着温度升高,刚性储能模量逐渐消耗,到达一定程度就转变柔性模式。

(PPT图示)这是不同团队对压缩强度变化曲值做的模拟,综合模拟下来,当温度上升到50度时,强度和模量的下降量是原始数值的80%。对比两种比较通用的泡沫,一个是PET泡沫,一个是交联乙烯泡沫,随着温度升高,强度都有相应下降,交联PVC泡沫Tg值在80度以上,PET泡沫Tg一一般在65到80度之间。结论。PET泡沫芯材在高温环境下使用的稳定性问题值得引起重视。

(PPT图示)PET泡沫水平在自然环境下随着时间降解的现象,逐渐发黄、变翠,失去韧性,主要有内因和外因两个原因造成的。降解机理大概有三种不同的类型,一是热氧降解,一是光氧降解及水解,水解需要的温度不高,所以是最容易发生的降解情况。为什么有这个问题?因为PET泡沫有一定的吸水性,具体吸水的途径有三个方面,一是表面有泡孔,第二表面泡孔产生缺陷,第三在泡壁区域产生水解,水进一步进入。对于三明治夹心结构对比发现,表面有一层玻璃钢能极大地保护泡沫夹心受到降解的影响。

(PPT图示)这里做了模拟,3.9毫米厚的玻璃钢情况下和夹心材料之间的吸水性的对比,可以看到,只要有玻璃钢覆盖的地方,水汽渗透非常小,如果遭受到撞击,如果水汽进入的话,存在着芯材和吸水的可能性。第三,PET泡沫进水后产生潜在的水解问题需要引起行业的重视,在使用过程中需要更多验证和论证。

我们做了一个实验,即在60度恒温水域70天以上发生拉伸100密度、150密度、200密度PET都会随着拉伸强度下降,拉伸强度反映高分子材料本身牢固结果,所以选择测量拉伸强度作为判定的标准。通过对比发现,低密度的PET产品相对于150、200的更容易受到影响。玻璃钢的厚度也能极大地减缓水汽进入的速度有明显的保护作用。

在PET使用过程中积累了几个常见的PET的缺陷,一是泡孔的不均匀性,PET在原板方向泡孔不是均匀分布,在中间区域泡孔或者闭孔率比较低。如果闭孔率过低的情况会出现一些树脂富集的现象,泡孔的尺寸决定了力学性能和吸胶量是比较重要的因素,产生泡壁破裂容易产生疲劳失效的风险。

另外,表面平整度是否真的对剥离性能有影响?通过研究告诉我们不是如此,金属表面非常平整,和树脂结合的强度非常高,影响剥离主要的因素是表面或芯材和树脂之间的结合能。PET材料作为分子链分布比较广的材料,本身表面能也是呈范围的分布,根据不同的配方和添加物、填料,在高密度PET替代轻木的过程中,特别要注意夹层结构玻璃强度是否更加接近于轻木的玻璃强度。

我们维赛公司从2017年开始研发到现在有三条生产线,产品系列从80密度覆盖250密度,目前拥有比较完善的研发和加工能力,对于一些关键指标的性能也都能够有比较好的把关和优化。

总结。PET作为热塑性泡沫产品容易受到温度影响,在使用过程中需要注意使用温度和工艺参数。第二,PET泡沫的吸水性和水解性对夹层结构产生潜在影响。第三,高密度PET泡沫产品在关注剥离强度等界面性能。第四,维赛科技拥有专业化研发团队,对影响老化性能关键指标的控制提升整体产品的稳定性。谢谢大家!

(文章内容来自于现场速记,未经本人审核)

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