树脂基复合材料的紫外光固化成型技术优势

  树脂基复合材料的紫外光固化成型技术是在复合材料低成本化和无公害化的背景下发展起来的一种新的复合材料成型工艺。不仅适于制造大型复合材料制件;而且可选择区域固化;快捷便利地实现修补和接头的焊接。

  传统的自然干燥固化或热固化树脂一般都含有大量有机溶剂和有一定毒性的颜料、填料、助剂等物质,在工业生产中产生大量“三废”,造成对环境的污染,影响人类健康。紫外光固化技术是作为传统热固化技术取代工艺而发展起来的,紫外光固化技术作为环境友好的“绿色技术”,紫外光固化技术主要有下列一些突出的优势。

  (1)固化速度快,生产效率高,大大降低了成本与热固化树脂几个小时甚至几天的固化时间相比,采用紫外光固化树脂的固化时间一般只有几秒至几分钟。可大大提高劳动生产率,减少厂房占地面积,使成本更低,更易满足大规模自动化生产的需求。

  (2)产品性能优异材料经光固化后,得到的是网状高分子结构,具有高光泽、耐磨、抗划伤、高硬度、耐水、耐溶剂、耐化学药品等特性,配方调整后也可得到低光泽、柔韧性好、耐候性强的产品。

  (3)能量利用率高,节约能源用紫外光照射,光能直接被树脂吸收而发生固化,而热固化时大量的能量被用来加热工作环境周围的空气而浪费。所以用紫外光照射能量消耗约为热固化的十分之一,即节省能源90%。

  (4)环境污染小,毒性低在热固化过程中活性稀释剂挥发量大,操作环境恶劣。用光固化能大大降低挥发物的含量。这是因为热固化树脂体系加热过程中稀释剂容易挥发。而光固化基本上是在室温下进行,挥发物含量相对少的多。随着环保法规的日益完善,使得UV固化技术越来越受到人们的重视。

  (5)模具的要求低、利用率高由于紫外光固化树脂属于低温,避免了高温对热敏感基质(塑料、纸张和木材等)造成的损害。同时由于固化对热不敏感,因此树脂可以加热到很低的粘度而不必担心对树脂或产品有不利的影响,使得树脂能更快速地充模和浸润。同时由于树脂的固化速度快,因而紫外光固化模具的使用效率要比热固化制件的快2~8倍,只需少量的模具就能获得很高的产量。

  (6)所需设备简单,投资少紫外光固化投资和运转费用低,所需的设备就是一个紫外光源。与热固化相比,紫外光固化一般在室温下进行,无需加热加压,可节省大量设备投资。同时与电子束固化不一样的是紫外光固化无需专门的屏蔽系统,只是不要让皮肤、眼睛直接暴露在紫外光下即可。

  (7)固化易于控制在树脂热固化过程中,树脂体系一旦引发就不能终止,这些树脂体系必须完成一个放热周期以建立一个适当的化学交联结构。制件的脱模时间由树脂固化过程中的温度决定,越快达到或接近理想温度,制件就能越快脱模,因而控制树脂的温度不宜过热或过冷以达到最佳固化速度是关键,因此需要控制好催化剂的用量同时还要考虑到环境温度的变化。而且模具也需要控制在一个比较恒定的温度,尤其对于厚度变化的制件,固化温度的变化会引起某些区域固化不全或者固化过量。在光固化中,如果不考虑粘度因素,紫外光固化树脂在固化周期的任何时刻都不受温度的影响,因而无需外加温控设备。光固化的固化速率由光强而不是由温度控制。

  (8)树脂适用期很长,可以实现“按需固化”,且次品和废品率低光固化树脂体系只有在紫外光辐射下才能发生交联反应,因此只要避免紫外光照射,加有引发剂的树脂贮存期一般都可以达到1~2年,并且无需低温保存。

  所以紫外光固化树脂可以实现“按需固化”。由于树脂体系在未光照时不会发生交联固化,因此工作时间长短完全由生产者控制。这种“按需固化”特点可以使制造者在糊制制件或树脂充模时不必担心树脂发生凝胶反应而使制件报废。如果在前工序中发现问题,固化工序可以向后推延,直到生产出现的问题都解决后再重新开始。也正因为紫外光固化树脂的适用期很长,树脂的交联固化发生在树脂完全充满模腔和浸润纤维之后,因此无需担心凝胶而充模不全或者纤维浸润不完全,从而大大降低了次品和废品率。

 

  阅读延伸:《紫外光固化复合材料技术发展概况