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曹卓:PET結(jié)構(gòu)芯材及其可靠性研究

2022-08-19 瀏覽數(shù):608

尊敬的各位嘉賓,大家下午好,我是來自保定維賽的曹卓,很高興有機(jī)會(huì)與大家分享關(guān)于芯材的學(xué)習(xí)。

 
 
保定維賽新材料科技股份有限公司技術(shù)副總監(jiān)曹卓
 

曹卓:尊敬的各位嘉賓,大家下午好,我是來自保定維賽的曹卓,很高興有機(jī)會(huì)與大家分享關(guān)于芯材的學(xué)習(xí)。

保定維賽成立于2011年,公司成立至今一直致力于高性能結(jié)構(gòu)泡沫的研發(fā)、生產(chǎn),到目前為止12年時(shí)間,公司已經(jīng)成長成為國內(nèi)最大,也是唯一一家擁有幾種不同結(jié)構(gòu)芯材的發(fā)泡、研發(fā)、生產(chǎn)為一體的企業(yè)。

(PPT圖示)這是產(chǎn)能的分布,在保定威海連云港三個(gè)基地,總計(jì)30萬立方米以上的發(fā)泡能力,同時(shí)擁有20萬立方米每年的套材加工能力,同時(shí)具備發(fā)泡相關(guān)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)客戶不同的要求定制化優(yōu)化泡沫的結(jié)構(gòu)、性能。

(PPT圖示)這是我們公司五大系列產(chǎn)品,目前擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PVC、PPT、PMI、PI泡沫發(fā)泡能力,同時(shí)參與芯材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng),榮獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)一項(xiàng),目前客戶主要覆蓋國內(nèi)外一線的主機(jī)廠和葉片廠,包括金風(fēng)、遠(yuǎn)景等。

(PPT圖示)PET材料相關(guān)性能,樣品選擇是PET100,在300到450之間質(zhì)量出現(xiàn)了比較大的下降,450度左右只剩下原始重量20%左右,空氣分解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氮?dú)猸h(huán)境,說明材料存在和氧氣發(fā)生的關(guān)聯(lián)團(tuán)或分子結(jié)構(gòu)。在60度到100度范圍之內(nèi),損耗因子產(chǎn)生了比較大的增長,說明這段區(qū)域整個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)比較劇烈。此外,通過相關(guān)的材料,PET泡沫或者PET材料本身的Tg值范圍是在65到80度之間,表明溫度升高到一定情況下,PET泡沫力學(xué)性能是存在發(fā)生變化的物理基礎(chǔ)。

(PPT圖示)力學(xué)性能方面,選取了4個(gè)不同的溫度,隨著溫度升高,強(qiáng)度和模量發(fā)生了一定變化,模量下降速度超過強(qiáng)度下降的速度。同時(shí)觀察到在常溫和高溫情況下不同的破壞區(qū)域,20度的時(shí)候,破壞的位置更加接近于樣品的中心區(qū)域,溫度升高的話,破壞位置更加接近于工裝,說明溫度升高或最靠近接觸面的泡沫發(fā)生的速度更快。

壓縮性能方面,隨著溫度的升高,強(qiáng)度和模量出現(xiàn)的一定程度的下降,60度時(shí)損失率分別為39%、37%。兩者之間有破壞形勢的變化,在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下,隨著溫度升高,剛性儲(chǔ)能模量逐漸消耗,到達(dá)一定程度就轉(zhuǎn)變?nèi)嵝阅J健?/p>

(PPT圖示)這是不同團(tuán)隊(duì)對(duì)壓縮強(qiáng)度變化曲值做的模擬,綜合模擬下來,當(dāng)溫度上升到50度時(shí),強(qiáng)度和模量的下降量是原始數(shù)值的80%。對(duì)比兩種比較通用的泡沫,一個(gè)是PET泡沫,一個(gè)是交聯(lián)乙烯泡沫,隨著溫度升高,強(qiáng)度都有相應(yīng)下降,交聯(lián)PVC泡沫Tg值在80度以上,PET泡沫Tg一一般在65到80度之間。結(jié)論。PET泡沫芯材在高溫環(huán)境下使用的穩(wěn)定性問題值得引起重視。

(PPT圖示)PET泡沫水平在自然環(huán)境下隨著時(shí)間降解的現(xiàn)象,逐漸發(fā)黃、變翠,失去韌性,主要有內(nèi)因和外因兩個(gè)原因造成的。降解機(jī)理大概有三種不同的類型,一是熱氧降解,一是光氧降解及水解,水解需要的溫度不高,所以是最容易發(fā)生的降解情況。為什么有這個(gè)問題?因?yàn)镻ET泡沫有一定的吸水性,具體吸水的途徑有三個(gè)方面,一是表面有泡孔,第二表面泡孔產(chǎn)生缺陷,第三在泡壁區(qū)域產(chǎn)生水解,水進(jìn)一步進(jìn)入。對(duì)于三明治夾心結(jié)構(gòu)對(duì)比發(fā)現(xiàn),表面有一層玻璃鋼能極大地保護(hù)泡沫夾心受到降解的影響。

(PPT圖示)這里做了模擬,3.9毫米厚的玻璃鋼情況下和夾心材料之間的吸水性的對(duì)比,可以看到,只要有玻璃鋼覆蓋的地方,水汽滲透非常小,如果遭受到撞擊,如果水汽進(jìn)入的話,存在著芯材和吸水的可能性。第三,PET泡沫進(jìn)水后產(chǎn)生潛在的水解問題需要引起行業(yè)的重視,在使用過程中需要更多驗(yàn)證和論證。

我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),即在60度恒溫水域70天以上發(fā)生拉伸100密度、150密度、200密度PET都會(huì)隨著拉伸強(qiáng)度下降,拉伸強(qiáng)度反映高分子材料本身牢固結(jié)果,所以選擇測量拉伸強(qiáng)度作為判定的標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),低密度的PET產(chǎn)品相對(duì)于150、200的更容易受到影響。玻璃鋼的厚度也能極大地減緩水汽進(jìn)入的速度有明顯的保護(hù)作用。

在PET使用過程中積累了幾個(gè)常見的PET的缺陷,一是泡孔的不均勻性,PET在原板方向泡孔不是均勻分布,在中間區(qū)域泡孔或者閉孔率比較低。如果閉孔率過低的情況會(huì)出現(xiàn)一些樹脂富集的現(xiàn)象,泡孔的尺寸決定了力學(xué)性能和吸膠量是比較重要的因素,產(chǎn)生泡壁破裂容易產(chǎn)生疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)。

另外,表面平整度是否真的對(duì)剝離性能有影響?通過研究告訴我們不是如此,金屬表面非常平整,和樹脂結(jié)合的強(qiáng)度非常高,影響剝離主要的因素是表面或芯材和樹脂之間的結(jié)合能。PET材料作為分子鏈分布比較廣的材料,本身表面能也是呈范圍的分布,根據(jù)不同的配方和添加物、填料,在高密度PET替代輕木的過程中,特別要注意夾層結(jié)構(gòu)玻璃強(qiáng)度是否更加接近于輕木的玻璃強(qiáng)度。

我們維賽公司從2017年開始研發(fā)到現(xiàn)在有三條生產(chǎn)線,產(chǎn)品系列從80密度覆蓋250密度,目前擁有比較完善的研發(fā)和加工能力,對(duì)于一些關(guān)鍵指標(biāo)的性能也都能夠有比較好的把關(guān)和優(yōu)化。

總結(jié)。PET作為熱塑性泡沫產(chǎn)品容易受到溫度影響,在使用過程中需要注意使用溫度和工藝參數(shù)。第二,PET泡沫的吸水性和水解性對(duì)夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生潛在影響。第三,高密度PET泡沫產(chǎn)品在關(guān)注剝離強(qiáng)度等界面性能。第四,維賽科技擁有專業(yè)化研發(fā)團(tuán)隊(duì),對(duì)影響老化性能關(guān)鍵指標(biāo)的控制提升整體產(chǎn)品的穩(wěn)定性。謝謝大家!

(文章內(nèi)容來自于現(xiàn)場速記,未經(jīng)本人審核)

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