陶瓷高壓注漿用環(huán)氧多孔樹脂透水模具

黃月文 ，魯?shù)罋g，王 斌 ，鄭 周

（1.廣東省陶瓷產(chǎn)業(yè)精細(xì)化學(xué)品工程技術(shù)研究中心，廣州510650； 2.中科院廣州化學(xué)有限公司，廣州510650； 3.佛山市功能高分子材料與精細(xì)化學(xué)品專業(yè)中心，佛山528000）

關(guān)健詞：環(huán)氧樹脂，多孔模具，透水，高壓注漿

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的大幅提升和國(guó)家環(huán)保節(jié)能政策的全面實(shí)施，國(guó)內(nèi)陶瓷企業(yè)對(duì)高效節(jié)能和環(huán)保的現(xiàn)代高壓注漿技術(shù)越加迫切。機(jī)械設(shè)備和模具材料是高壓注漿技術(shù)的關(guān)鍵，其中模具材料目前主要有歐美為代表的丙烯酸型多孔樹脂模具[1-3]和日本為代表的環(huán)氧型樹脂模具[4-8]，它們各有其特點(diǎn)。

本文在長(zhǎng)期研究丙烯酸型和環(huán)氧型多孔復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，制備了適合工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的環(huán)氧型多孔樹脂透水模具，研究其制備成型工藝、影響因子、性能和陶瓷生產(chǎn)線上的制備工藝。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料

環(huán)氧樹脂、脂肪胺、多元酸、不同粒徑的無機(jī)粉料一批、原料等均為市售工業(yè)品，助劑、改性劑1、改性劑2、改性劑3、改性劑4為自制。

2.2 樹脂部分

將環(huán)氧樹脂和無機(jī)粉料1及改性劑3混合得到樹脂R1，另將環(huán)氧樹脂和改性劑4混合得到樹脂R2。

2.3 固化劑部分

按照文獻(xiàn)[4]的方法分別制備親水性固化劑1和憎水性固化劑2，然后將固化劑1和改性劑1復(fù)合得到改性固化劑C1，將固化劑2和改性劑2復(fù)合得到改性固化劑C2。

2.4 水相部分

將三種不同粒徑的粉料按照一定的比例混合后，加入水和助劑，攪拌均勻后得到水相部分。

2.5 模具配制與成型

實(shí)驗(yàn)?zāi)＞吲渲婆c成型如圖1所示。

圖1 模具簡(jiǎn)單配制成型工藝

2.6 性能測(cè)試

按照文獻(xiàn)[1-4]的方法分別測(cè)試成型模具的抗壓強(qiáng)度、吸水率、孔隙率和孔徑分布。

3 結(jié)果與討論

3.1 聚合固化過程

環(huán)氧樹脂與固化劑混合后是個(gè)開始緩慢放熱后因溫度上升而自動(dòng)加速的過程，在室溫低于20℃下反應(yīng)很慢，特別是水性環(huán)氧中含有大量的水時(shí)，由于水的吸熱大，溫度上升更加緩慢。為了保證環(huán)氧的固化強(qiáng)度，一般應(yīng)在室溫25℃以上固化水性環(huán)氧為合適條件。圖2是固定樹脂相與水相的質(zhì)量比例為1：1.5下室溫30℃時(shí)測(cè)出的水性環(huán)氧聚合反應(yīng)放熱曲線，剛開始時(shí)由于樹脂與固化劑預(yù)混合后加熱水相時(shí)因固化劑乳化而放出一定的熱，使得開始時(shí)溫度高于室溫30℃，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，模具中心反應(yīng)達(dá)到最高的溫度為43.5℃，隨后緩慢下降，逐步固化成型。

3.2 環(huán)境溫度對(duì)成型強(qiáng)度的影響

眾所周知，環(huán)氧樹脂固化深受環(huán)境溫度影響，水性環(huán)氧中的水份使得環(huán)氧的后期放熱加速環(huán)氧固化的效應(yīng)更小。圖3是環(huán)境溫度對(duì)水性環(huán)氧固化早期1天和3天強(qiáng)度的影響。在10℃下，水性環(huán)氧1天、3天都幾乎沒有強(qiáng)度，20℃強(qiáng)度明顯上升，達(dá)到30℃以上時(shí)固化快，早期強(qiáng)度高。

圖2 室溫30℃下聚合反應(yīng)溫度變化曲線

圖3 環(huán)境溫度對(duì)固化成型模具早期強(qiáng)度的影響

3.3 樹脂相和水相比例的影響

復(fù)合材料中環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)材料，很明顯其用量對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度影響很大。表1表明，模具（復(fù)合材料）抗壓強(qiáng)度隨樹脂相和水相的比例的增加而下降，而透水性則相反。綜合考慮，以樹脂相與水相比為1：1.5～2.5之間最為合適。

3.4 乳化改性劑對(duì)孔徑的影響

聚合成孔受水相填料堆積成孔和水相乳化成核的影響。通過合理使用乳化改性劑使水相乳化成核的微觀乳滴大小發(fā)生變化，從而可在一定范圍實(shí)現(xiàn)孔徑調(diào)控。乳化改性劑的親水親油平衡值直接影響乳化，進(jìn)而影響孔徑。表2是幾種乳化改性劑對(duì)孔徑的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可見，乳化改性劑親油性增加，模具最可幾孔徑變大。

表1 模具抗壓強(qiáng)度與兩相比例的關(guān)系

表2 乳化劑親水親油性對(duì)多孔模具孔徑的影響

圖4是兩種不同乳化改性劑下的模具孔徑分布圖（壓汞法測(cè)試）。親油性較強(qiáng)的乳化改性劑制備的模具的最可幾孔徑為10.2 μm，親水性較強(qiáng)的乳化改性劑制備的模具最可幾孔徑為3.9 μm，兩者差別顯著。

圖4 模具孔徑分布圖（壓汞法）

3.5 吸水率和透水性

通過乳化改性和合理使用成孔劑水的量可制備出具有連通孔結(jié)構(gòu)的開孔型透水模具。當(dāng)水用量不足時(shí)，內(nèi)部之間的孔隙不能相互貫通，不具有整體透水性。當(dāng)水量足夠時(shí)，各個(gè)孔隙區(qū)域相互連通，形成通孔的透水材料。水用量大，相互連通的孔隙多，吸水率增加。親油性較強(qiáng)的乳化改性劑2制備的模具孔徑大，在較小的壓力下能顯示出較快的透水透氣性，呈現(xiàn)優(yōu)異的透水透氣性能。

表3 乳化改性劑和水用量對(duì)模具吸水率和透水性的影響

3.6 SEM

圖5是成型模具的掃描電鏡SEM圖。由圖5清晰可見其開孔結(jié)構(gòu)。

圖5 成型模具SEM圖

4 應(yīng)用

在高壓注漿生產(chǎn)線上使用的模具（見圖6）成型工藝，與丙烯酸多孔樹脂模具一致，只是使用材料不同，可參考文獻(xiàn)[2]的方法。

特別提出，在寒冷的冬天，成型模具經(jīng)常還需要進(jìn)一步在40～60℃的環(huán)境中后固化，以保證模具有足夠的強(qiáng)度，提高模具使用壽命。

圖6 制造的大型模具圖片

5 結(jié)論

以環(huán)氧樹脂、改性固化劑、填料和水為主要組分制備的模具具有體積收縮小、孔徑小的特點(diǎn)，在高壓注漿生產(chǎn)線上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是與丙烯酸型模具相比，強(qiáng)度較低，使用壽命較短，有待下一步詳細(xì)研究。