熱固性樹脂半固化片樹脂流動度分析

摘要：熱固性樹脂是一種非常重要的高分子材料，在電子產(chǎn)品制造、建筑、汽車、航天航空等領域中得到了廣泛應用。在制造復合材料中，半固化片作為預浸料而存在，其樹脂流動性會極大影響復合材料的性能。在簡要概述熱固性樹脂和半固化片的基礎上，明確了影響其流動性的主要因素，最后提出一些提高流動度的具體措施。

關鍵詞：熱固性樹脂；半固化片；樹脂流動度；影響因素

作為一種廣泛應用于制造領域的高分子材料，熱固性樹脂在其他能源或受熱作用下，其分子結構會出現(xiàn)不可逆化學交聯(lián)反應，極大影響了其化學性質(zhì)和物理性質(zhì)［1］。在制造復合材料期間，半固化片主要作為預浸料而存在，相應樹脂流動性會對復合材料性能產(chǎn)生重要影響。因此，為了更好地應用熱固性樹脂，提高其在制造領域的使用率，有必要對影響其樹脂流動性的關鍵因素進行評判性分析。

1熱固性樹脂和半固化片概述

1.1熱固性樹脂

熱固性樹脂是一種非常重要的高分子材料，具有非常好的耐化學腐蝕特性，機械強度比較高，電絕緣性優(yōu)良等基本特征［2］。在其他能源作用下或受到熱的狀態(tài)影響，熱固性樹脂分子結構會出現(xiàn)不可逆化學交聯(lián)反應，進而會極大干擾其化學性質(zhì)與物理性質(zhì)的活性。這種材料的穩(wěn)定性特征使其在制造電子產(chǎn)品、建筑、汽車與航天航空等領域中得到了廣泛應用。

1.2半固化片

半固化片也被稱作預浸料，主要是將碳纖維、玻璃纖維等一些增強材料和熱固性樹脂之間混合后經(jīng)由一些處理工藝加工后所得到的。半固化片在制造復合材料領域中占有重要的地位，因為其在產(chǎn)品最終形成之前提供了增強材料和樹脂二者的預先組合。這樣可以對所形成復合材料的性能進行優(yōu)化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率，保證整個生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與有效性。在生產(chǎn)半固化片期間，樹脂流動度是需要對關鍵參數(shù)進行嚴密控制的，它會對樹脂增強材料的實際浸潤效果以及所制作復合材料最終性能產(chǎn)生極大影響。因此，對樹脂流動度影響因素進行分析和控制，有利于更好提高半固化片的生產(chǎn)實效性。

2熱固性樹脂半固化片樹脂流動度的影響因素2.1溫度

溫度對半固化片樹脂流動度的影響主要體現(xiàn)在分子運動能量與黏度變化方面。隨著溫度的不斷升高，樹脂黏度會相應地降低，進而可以增強其流動性。因為溫度升高之后，樹脂分子運動能量不斷增加，使得它們彼此之間相互作用力出現(xiàn)減弱變化，這就決定了高溫條件下的樹脂流動度更大，也更容易進行塑造。反之，在低溫條件下，樹脂黏度會相應地增加，減弱了其實際的流動度，進而會展現(xiàn)出脆硬特性。但是在溫度過高條件下，樹脂也非常容易出現(xiàn)氧化反應或分解反應，影響其使用性能，嚴重的可能會完全喪失其固有性能。因此，在半固化片生產(chǎn)中必須充分考慮樹脂的熱穩(wěn)定性。

2.2壓力

壓力也能顯著影響樹脂的流動度，具體影響機理：（1） 壓縮效應。在外部壓力增大時，樹脂分子之間的距離會相應減小，排列變得更加緊密，進而樹脂體積會出現(xiàn)縮小變化，極大增強了其流動度。這種壓縮效應能夠降低樹脂黏度，使其更容易流動；（2） 流動驅(qū)動力。壓力增加條件下會使得樹脂流動驅(qū)動力相應增加，樹脂分子更容易克服內(nèi)摩擦力，這樣就可以進行連續(xù)的流動。如果壓力適當，那么可以顯著改善樹脂流動度，使它們對增強材料進行更好浸潤。（3） 剪切力作用。在加壓條件下，樹脂在剪切力作用下會減弱樹脂分子彼此之間的相互作用力，相應黏度也可以得到降低，這樣樹脂流動度也會大大提高。但是如果壓力過大，過大的剪切力會對樹脂分子結構造成破壞，影響它們的固有性能。由此可見，通過對壓力進行合理控制，可以顯著改善樹脂流動度，對半固化片生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化。

2.3樹脂黏度

樹脂黏度是影響流動度的內(nèi)在因素。樹脂黏度主要是指樹脂液體的黏滯阻力或內(nèi)摩擦力，這是對樹脂流動性能進行衡量的一個重要指標，具體體現(xiàn)：（1） 內(nèi)摩擦力。樹脂黏度能夠?qū)渲肿又畠?nèi)的摩擦力進行反饋，一般黏度越大，那么分子彼此之間具有更強的內(nèi)摩擦力，流動中需要克服更大的阻力，流動難度也會更大。如果樹脂黏度小，那么相應流動度則會更大。（2） 分子質(zhì)量與分布。分子質(zhì)量越大，那么分子彼此之間會具有更強的相互作用力，黏度也會更高。如果樹脂的分子質(zhì)量分布比較寬，那么小分子和大分子之間在混合情況下影響樹脂黏度穩(wěn)定性，進而也會對其流動度產(chǎn)生影響。

2.4增強材料

增強材料對樹脂流動度的影響主要體現(xiàn)在與樹脂的浸潤性上。（1） 良好的浸潤性是樹脂能否順利通過材料表面的關鍵。如果增強材料具有比較低的表面能，或者樹脂具有相對較差的親和力，那么會使得樹脂在增強材料表面形成吸附或滯留，從而影響其流動度，這就決定了在增強材料應用中需要注意合理處理其表面的浸潤性，如偶聯(lián)劑處理或粗化處理等等，以此能夠?qū)λ鼈兒蜆渲g的浸潤性進行提高，進而降低其流動阻力。（2） 界面粘接強度也會影響相應流動度。如果樹脂與增強材料之間具有過高的粘接強度，那么會造成樹脂流動中伴有較大摩擦力，進而影響了其流動度。（3） 增強材料的結構與形態(tài)也會對樹脂流動度產(chǎn)生影響，如纖維增強材料能夠使得樹脂在沿著纖維維度或方向上的流動度上表現(xiàn)較佳，而垂直于材料纖維方向的流動性則相對較差。

2.5生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝對樹脂流動度的影響不容忽視。合理的工藝條件可以有效地提高樹脂的流動度。例如通過優(yōu)化預浸、加熱、加壓等工藝參數(shù)，可以顯著改善樹脂的流動度，如預浸工藝中的壓力、溫度、時間等都可能會對樹脂在增強材料上面的流動度與分布等產(chǎn)生極大影響。通過對預浸工藝進行優(yōu)化，能夠使得樹脂更好地對增強材料進行浸潤，改善所制作半固化片的最終品質(zhì)。

3熱固性樹脂半固化片樹脂流動度提升的具體措施3.1優(yōu)化溫度控制

鑒于溫度會對半固化片樹脂流動度所產(chǎn)生的極大影響，從而可以在實際生產(chǎn)中對生產(chǎn)溫度進行合理調(diào)整，以此來改善樹脂黏度，提高其流動度。在對溫度優(yōu)化控制中，主要可以采取如下一些具體措施：（1） 合理設定加工溫度。基于樹脂特征與生產(chǎn)工藝要求，需要對加工的溫度進行合理設定。一般通過提高加工溫度，可以對樹脂黏度進行控制，從而改善其流動度，但是過高溫度會使得樹脂出現(xiàn)氧化或分解問題，直接影響其固有性能，所以要注意在保證樹脂穩(wěn)定性的基礎上選擇較高溫度進行加工。（2） 合理調(diào)控溫差，保證預浸、加熱與加壓等這些關鍵工藝應用環(huán)節(jié)中的溫度保持穩(wěn)定性與一致性，避免過大溫差而使得樹脂黏度出現(xiàn)波動變化而影響其流動性，這樣更可以保障半固化片質(zhì)量。（3） 控制冷卻速度。在冷卻期間，通過對冷卻速度進行適當控制，也可以對樹脂流動度產(chǎn)生影響。如果冷卻速度較慢，那么樹脂有充足時間流動與固化，加快樹脂流動，所以在對樹脂流動度進行優(yōu)化期間可以選擇對冷卻裝置的風速、溫度等相關參數(shù)進行合理調(diào)整。（4） 溫度循環(huán)控制。基于該溫度控制方法可以在半固化片加工期間保證溫度周期性變化，這種方法可以充分利用溫度變化造成的樹脂黏度波動變化，從而加速其流動，所以要注意對溫度循環(huán)頻率、幅度等參數(shù)進行合理控制。（5） 熱傳導和對流強化。通過熱傳導和對流控制，可以改善溫度控制效果，如選擇具有良好導熱性能的散熱裝置與加熱元件，促進樹脂中的熱量可以得到均勻傳遞，同時促進對流也有利于加快樹脂內(nèi)部溫度交換，這對降低樹脂黏度也有積極意義。

3.2調(diào)整壓力參數(shù)

對壓力參數(shù)進行調(diào)整也可以顯著改善半固化片樹脂流動度。增加壓力可以降低樹脂黏度，改善流動驅(qū)動力與樹脂流動度。在調(diào)整壓力參數(shù)中，可以采取如下舉措：（1） 合理設定加壓范圍。基于樹脂特性與加工工藝規(guī)定和要求，對加壓范圍進行合理設定，具體可以通過實驗的手段進行確定，保證可以在不損壞樹脂的情況下使其獲得最佳的流動度。（2） 壓力梯度控制。在加壓期間，基于壓力梯度控制措施的實施可以改善樹脂流動均勻性。對壓力進行層級增加有利于對樹脂黏度進行控制，保證它們可以對增強材料進行更好的浸潤，同時也有利于規(guī)避過低或過高壓力情況對樹脂流動度帶來的不利影響。（3） 動態(tài)調(diào)整壓力。基于壓力動態(tài)調(diào)整的手段，主要是指結合半固化片加工中實際情況來動態(tài)調(diào)整壓力值。通過對樹脂加工中參數(shù)與流動狀態(tài)的變化進行監(jiān)測，能夠?qū)ο鄳獕毫M行及時調(diào)整，同時也能夠更好適應多變的樹脂流動需求和復雜加工工藝條件。（4） 協(xié)同控制溫度與壓力。通過有效控制溫度和壓力，保障二者的協(xié)同作用順利發(fā)揮。在溫度保持一定范圍之內(nèi)的條件下，適當增加壓力可以降低樹脂黏度，改善其流動性。（5） 短時高壓處理。短時高壓處理工藝，就是在短時間之內(nèi)對樹脂施加較高壓力，借助快速處理可以對樹脂黏度進行迅速降低，改善它們的流動性，處理過程中要避免高壓處理時間較長，否則容易破壞樹脂分子結構。

3.3樹脂黏度改善

降低樹脂黏度是提高流動度的直接有效方法，具體舉措如下：（1） 添加稀釋劑。在樹脂中摻加適量稀釋劑，可以對其黏度進行改善。（2） 增加固化劑比例同樣能夠降低樹脂黏度，改善它們的流動度，但是過量摻加固化劑會使得樹脂出現(xiàn)過早固化問題而影響其使用性能。固化劑配比的調(diào)整可以改善樹脂黏度，但要注意適度增加固化劑比例，控制樹脂黏度和改善其流動度，同時也不能夠施加過量的固化劑。（3） 摻加增塑劑。摻加適量增塑劑可以對樹脂流動度進行有效改善，從而能更好地浸潤相應增強材料。（4） 選擇恰當?shù)沫h(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂種類不同，相應黏度也有所不同，所以可以通過對環(huán)氧樹脂種類進行合理選擇來改善其流動度，保障半固化片生產(chǎn)的質(zhì)量。（5） 可以采取攪拌或攪動的方式改善樹脂流動性，不斷地減少它們彼此之間摩擦力來使它們更容易流動。

3.4提高浸潤性

增強材料與樹脂之間的浸潤性對流動度有重要影響。提高相應浸潤性能夠改善半固化片加工品質(zhì)。提高其浸潤性可以采取如下措施：（1） 表面處理。通過處理增強材料的表面，可以改善它們和樹脂之間的浸潤性，如表面改性處理、物理和化學處理等。對增強材料表面極性進行改變，可以對其粗糙度進行改善與增加，或者引入特定功能基因來改善其和樹脂之間的親和力，改善其浸潤性。（2） 合理應用偶聯(lián)劑。在增強材料和樹脂之間適當?shù)厝谌肱悸?lián)劑，可以對界面粘連特性進行改善，提高其浸潤性。（3） 控制表面能。通過對增強材料表面能進行控制也可以在一定程度上改善增強材料和樹脂之間的浸潤性，如可以采取恰當表面處理改善其表面能或選擇恰當類型的增強材料等，這些都有利于改善其浸潤性。（4） 優(yōu)化加工條件。在加工實踐中，可以通過對加工的時間、壓力與溫度等進行優(yōu)化來改善其浸潤性。基于適當壓力與溫度控制，可以使得樹脂在增強材料表面更快速擴散與流動，同時配合加工時間控制也可以保證流動時間的充足性。（5） 要優(yōu)化增強材料結構，如借助纖維增強材料能夠?qū)w維的排列方式進行改善，或者對增強材料結構進行合理設計等，這都有利于改善樹脂流動度。

3.5優(yōu)化加工工藝

優(yōu)化工藝是提高熱固性樹脂半固化片樹脂流動度的有效手段之一，具體優(yōu)化舉措如下：（1） 優(yōu)化預浸工藝。預浸工藝是樹脂與增強材料初步混合和浸漬的過程。優(yōu)化預浸工藝，控制浸漬溫度、時間和壓力等參數(shù)，可以促進樹脂更好地浸潤增強材料表面，減小流動阻力。（2） 選用合適的加工設備。選用具有高效混合和分散功能的加工設備，可以更好地將樹脂與增強材料混合均勻，減少流動阻力。同時，設備的設計和結構也會影響樹脂的流動性能。（3） 改進加熱方式。采用合適的加熱方式，如紅外加熱、微波加熱等，可以更均勻地加熱樹脂，降低黏度，提高流動性。同時，合理控制加熱溫度和時間，避免過熱或時間過長導致樹脂分解或性能下降。（4） 引入新型加工技術。采用新型加工技術，如超聲波振動、磁場輔助等，可以減小樹脂內(nèi)部的摩擦力，促進流動。這些技術可以應用于樹脂的混合、浸漬和固化等工藝環(huán)節(jié)，有效提高樹脂的流動性能。

4結語

熱固性樹脂半固化片的樹脂流動度對其在復合材料制造中的應用具有重要影響。通過對溫度、壓力、黏度、增強材料和生產(chǎn)工藝等因素的分析研究，可以深入了解影響流動度的因素，并采取有效措施提高流動度［3］。這對于優(yōu)化半固化片的生產(chǎn)工藝、提高復合材料的性能具有重要的實際意義和理論價值。

參考文獻：

［1］高樞健，金霞，張偉，等.熱固性樹脂半固化片樹脂流動度研究［J］.工程塑料應用，2021，49（4）：6667.

［2］于春曉，胡志宇，張雷，等.可降解熱固性樹脂研究進展［J］.化工新型材料，2023，11（12）：96.

［3］顧莉莉，丁海鑫，余建新.熱固性芳綸織物/環(huán)氧樹脂支撐管動態(tài)特性分析［J］.宇航材料工藝，2023，53（4）：8182.

作者簡介：王維維，女，湖北黃岡人，工程師，本科，研究方向：復合材料。