日前，贏創(chuàng)資源效率公司（Evonik Resource Efficiency GmbH）經Eike Langkabel、Sebastian de Nardo和Jens Bockhoff三位作者授權發(fā)布了一份技術白皮書，公布了生產汽車結構件、車身覆蓋件等零部件的最佳樹脂配方。具體來講，這份報告深入分析了各種固化劑及其對樹脂收縮行為的影響，同時對多種環(huán)氧樹脂和聚氨酯配方進行了對比。
作者介紹，由于固化過程中會出現由基體樹脂聚合物分子之間的交聯、纖維與樹脂之間不匹配的熱脹冷縮以及樹脂的粘彈性松弛等行為所引起的化學收縮，殘余應力一直都是復合材料生產過程所面臨的嚴峻問題。這些現象相互關聯，就會導致形狀畸變、微裂紋、分層、強度降低、老化和表面波紋等問題的出現。對于汽車復合材料來說，樹脂體系面臨著相互矛盾的技術要求：高速生產周期會導致殘余應力的產生，而殘余應力越大，A級表面的質量就難以保證。
首先，研究者以異佛爾酮二胺（isophorone diamine）為固化劑，使多種雙酚A型環(huán)氧樹脂（DGEBA）發(fā)生固化。他們采用了體積膨脹測量法、DIN EN ISO 3521不飽和樹脂和環(huán)氧樹脂總體積收縮率測定法（比重瓶/浮力法）以及亞琛工業(yè)大學開發(fā)的pVT法等多種測試方法測出了環(huán)氧樹脂的總收縮率為2.3-2.4%。隨后，采用熱機械分析法（TMA）測量了環(huán)氧樹脂樣品的長度變化。結果表明，樣品發(fā)生的尺寸變化（膨脹與收縮）是由于松弛過程和樣品中“凍結”的自由體積的變化所引起的。
研究者同樣采用脂環(huán)族、芳脂族和脂肪族等不同種類的活性胺作為環(huán)氧樹脂固化劑，所有樣品在120°C下固化30min后測試其收縮效果，同時被測試的還有多種活性稀釋劑。環(huán)脂族結構收縮率最小（2.4%），而脂肪族結構收縮率最高。而且，脂肪族分子鏈結構越長，收縮率越高。同樣，活性稀釋劑的脂肪鏈越長，收縮越明顯，最大收縮率可達4.5%。
該報告的最后部分，研究者采用樹脂轉移模塑成型工藝（RTM）制備了復合材料部件，來觀察實際的收縮狀況及相應的零件表面質量。所有零件均采用相同的非屈曲織物準各向同性鋪層作為纖維增強體結構，在120°C下固化10min。結果證實，含有脂環(huán)結構的環(huán)氧樹脂配方優(yōu)于含有開鏈脂肪族結構的配方，特別是配合采用模內涂層工藝制備時，零件表面幾乎沒有波紋形貌。
為了進一步降低收縮率，研究者同時研究了贏創(chuàng)公司的聚氨酯預浸料。贏創(chuàng)的聚氨酯體系，是含脲二酮結構的脂肪族二異氰酸酯，固化速度快、強度高和韌性高，在室溫下儲存性能穩(wěn)定。由于在固化前其行為與熱塑性樹脂相似，因此，在預聚物狀態(tài)下能夠被輕松預制，而固化后則表現熱固性特點。就收縮而言，該報告對比了采用脂環(huán)胺（IPD/DGEBA）做固化劑的環(huán)氧樹脂體系（收縮率2.4%）和贏創(chuàng)的聚氨酯體系，后者由于化學反應和工藝過程的不同，收縮率小于1%。
最后，該報告指出，在簡單的預浸料模壓成型工藝中采用聚氨酯預浸料生產的零件與改性環(huán)氧樹脂產品的表面質量屬相同等級。該報告同時指出，表面質量還與工藝過程、纖維結構和一體化的表面處理技術有關。
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