新型聚合物基复合材料脱模剂的制备与性能分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 15 日 作者简介：胡潇（1984），男，汉族，湖北枝江人，本科学历，上海沥高科技股份有限公司，中级职称，复合材料制造工艺及辅助材料的研究。-49-新型聚合物基复合材料脱模剂的制备与性能分析 胡 潇 胡正韬 岑婵芳 刘 杰 上海沥高科技股份有限公司，上海 213319 摘要：摘要：基于传统脱模剂在各类应用场景中受诸多限制而导致脱模效果不稳定、对材料表面产生影响等问题的情况下，开发新型脱模剂就显得尤为关键。其中，新型聚合物基复合材料脱模剂通过在传统复合脱模材料上改进相关材料化学成分能够显著提升脱模效率。本文对聚合物基复合材料脱模剂的类型与应用、新型聚合物基复合材料脱模剂的制备进行分析，并对自增强技术的应用进行探讨。关键词：关键词：聚合物基复合材料；脱模剂；性能分析 中图分类号：中图分类号：TG17 0 引言 脱模剂在复合材料制备过程中可有效降低复合材料与模具间粘附力并使其从模具中顺利脱离以确保制品完整。尽管当前市场中脱模剂种类接近饱和，但对于新型聚合物基复合材料仍缺乏有效脱模剂解决方案。因此本文将深入探究相关材料脱模剂制备过程并分析相关性能。1 聚合物基复合材料脱模剂的类型与应用 1.1 现阶段不同种类脱模剂基本特性与应用领域 在现代材料科学视域下，聚合物基复合材料脱模剂基于特定性能与适用范围可划分为以下四种特定类型：（1）硅油型脱模剂因具备良好脱模性能与耐高温性被广泛应用于诸如碳纤维增强复合材料、玻璃钢等要求高强度与高耐热性能的材料中。（2）脱模涂层型脱模剂因其脱模机涂层中含有特定化学成分，涂敷在模具表面可产生良好隔层作用。因此被广泛应用于精密制造与高质量表面处理等要求表面光洁度高要求的模具中。（3）溶剂型脱模剂基于溶解脱模成分并喷涂至模具表面以保证在生产过程中获取均匀涂层，确保模具生产一致性，因此被广泛应用于大型模具中。（4）相较于前四种脱模机，水基脱模剂由水和表面活性剂组成具备低发挥性的特点。在环保日益受重视的今天，水基脱模机因其具备环境友好特性在需符合严格环境标准的应用领域中备受欢迎。1.2 针对特定复合材料（如碳纤维环氧树脂、聚酯树脂玻璃钢等）的脱模剂应用特点 当今先进材料领域中复合材料因其独特性能备受关注，在相关材料制备过程中需基于性能要求并针对不同类型复合材料选择相应脱模剂。针对具备良好物理性能的碳纤维增强环氧树脂复合材料，通常选择硅油型脱模剂，以经受高温制备，且此种脱模剂所具备的低表面张力也有助于避免复合材料在脱模过程中损伤以确保产品表面完整美观。而针对聚酯树脂玻璃钢复合材料而言，其加工过程侧重于应用具备快速挥发性能的溶剂型脱模剂，由于溶剂型脱模剂具备较强润滑作用，使溶剂能与模具间形成特定保护层，有助于减少材料粘连问题以确保复合材料性能，并加速脱模过程以提升生产效率。2 新型聚合物基复合材料脱模剂的制备 2.1 新型脱模剂的制备流程工艺 在制备新型聚合物基复合材料脱模剂的过程中，核心步骤可分为配方设计、工艺调优等方面。首先，原料选择涉及根据脱模剂的性能要求精选主要成分及辅助添加剂，其直接影响脱模剂基本性能。其次，配方设计作为决定脱模剂性能的关键因素，需考虑脱模效果并兼顾耐久性与环境友好性以满足广泛应用需求。接着，原料混合通过精确控制配方比例及采用诸如机械搅拌、溶剂溶解等混合方法以保证各原料均匀混合，确保最终产品一致性。随后的工艺调优是通过调整混合时间、搅拌速度等参数优化产品稳定性，以保证脱模剂性能达到预期标准的关键环节。而过滤净化环节通常采用离心机去除杂质以确保脱模剂品质。中国科技期刊数据库 工业 A-50-最后，合理包装与储存需在适宜环境条件下进行，以避免影响相关性能从而有效维护脱模剂品质。整个制备流程深刻体现严格控制产品性能，旨在确保新型脱模剂能够满足高效、环保的应用需求。2.2 新型聚合物复合材料脱模剂的拟解决问题 研发新型聚合物基复合材料脱模剂集科技创新与实际应用需求于一体，其核心目标在于通过科学方法与技术创新以解决阻碍传统脱模剂在应用过程中各种局限性问题。具体来说，这包括以下几个方面：（1）通过优化化学配方与生产工艺提高脱模效果作为新型脱模剂研发的首要之务。新型脱模剂旨在降低模具与复合材料间粘附力，优化模具脱离过程以提高最终产品美观度与使用性能。（2）传统脱模剂往往因多次重复涂覆导致大量消耗人力物力，而新型脱模剂能提高耐久性，在多次使用过程中保持稳定脱模效果，减少重新涂覆频率，提升整体生产效率。（3）提高环境友好性是当前新型脱模剂研发大势所趋。传统脱模剂中含有对环境产生负外部效应的有机化合物（VOCs），因此，新型脱模剂致力于采用大幅减少有害物质排放量的环保配方以满足日益严格的环保标准。（4）研发新型脱模剂的研发还侧重于产品适应性。研发团队致力于开发适应诸如碳纤维增强复合材料、玻璃钢等不同类型复合材料特性的脱模剂，以确保在不同应用场景均能发挥最佳脱模效果。2.3 各类脱模剂性能分析 2.3.1 脱模剂性能指标横向对比 由于材料加工领域中脱模剂种类繁多且适用范围大相径庭，因此横向对比不同脱模剂性能保证生产效率与产品质量。其中，主要评价指标可具体从三方面展开分析：其一，脱模效果用于衡量脱模剂性能，脱模剂基本功能是将材料从模具中顺利脱离，减少生产过程中损耗。衡量脱模效果方法主要有观察复合材料表面是否存在脱模痕迹，以及测量脱模所需力度。理想脱模剂应确保材料表面光滑且脱模力小。其二，耐久性反映脱模剂在重复使用中稳定持久性，耐久性强的脱模剂能够在多次使用后仍保持优良脱模效果，这能助力提高生产效率与降低成本。其三，具备环境友好性理想脱模剂，因其具备低挥发性与低毒性，减少环境污染，降低对操作人员造成的潜在健康威胁，因而环保型脱模剂开发与应用符合可持续发展的理念，对于推动绿色制造大有裨益。2.3.2 脱模剂耐久效能对比 耐久性是指在重复使用过程中脱模剂能够保持稳定性能。耐久性强的脱模剂能够在多次脱模后仍提供良好脱模效果以减少脱模剂重新涂覆频率，提高生产效率。不同类型脱模剂在耐久性方面千差万别，具体而言，硅油型脱模剂因具有较好耐高温性能与化学稳定性可在多次使用中保持较稳定的性能，能够在复杂工艺条件下提供持久脱模效果。但耐久性也受到诸如复合材料性质、模具表面处理等其他因素影响，因此，选择脱模剂时需综合考虑上述因素，确保脱模剂耐久性能满足实际需求。此外，研发新型聚合物基复合材料脱模剂也致力于提高脱模剂耐久性，因而研发人员能借助优化工艺有效改善脱模剂稳定性，适应不同复合材料与工艺条件需求，其中涉及添加耐热抗氧化剂、改进脱模剂与复合材料间相互影响措施。3 自增强技术在增强新型聚合物复合材料脱模剂性能中的应用 3.1 聚合物基复合材料在固态成型工艺中的自增强机理 自增强机理在新型聚合物复合材料固态成型工艺中的应用核心在于借助特定增强机制、优化聚合物复合材料性能，使其在特定领域应用展现性能强化。具体而言，主要通过以下三种方式实现：其一，晶化增强通过精确控制材料结晶过程促使聚合物分子在固化时形成有序且均匀的结晶结构，从而显著提升材料力学性能，在变温环境中使用的应用场景至关重要。其二，界面增强通过引入诸如亲水性分子或偶极子等特定界面增强剂增强聚合物基复合材料的界面结合强度，从而显著提升材料力学性能与耐久性，使得材料在更为苛刻的环境中保持性能稳定。其三，结构增强通过调整复合材料结构设计与工艺参数来实现，并有助于提高材料导热性能在各种情景中的应用效能。例如，通过优化纤维取向或层叠结构有效调整材料内部力学分布，从而提升整体力学性能。3.2 自增强技术对脱模剂性能的具象影响 自增强技术在新型聚合物复合材料脱模剂中的应用极大改善脱模剂性能，具体表现在以下几个几点：一方面，润滑性能增强效果相较于传统脱模机能起到指数型增长作用，在脱模剂中添加纳米颗粒、表中国科技期刊数据库 工业 A-51-面活性剂等功能性添加剂后，有效减少复合材料与模具间粘附和摩擦从而提高脱模效果。复杂形状、精细结构模在脱模过程中极易发生粘附现象，增强润滑性既能提升脱模效率，还有助于延长其使用寿命，因此增强润滑性能至关重要。另一方面，提升抗粘附性能同样不容忽视。通过在脱模剂中添加纳米颗粒使复合材料和模具表面形成一层均匀分散并起到有效隔离作用的纳米颗粒层，能够阻止复合材料与模具之间的直接接触，从而减少粘附现象。对于表面要求较高的应用领域，增强抗粘附性能不仅能够优化脱模效果，还有助于维持成型产品表面美观度。此外，增强耐久性也是自增强技术中关键优势所在。当在脱模剂当中，添加抗氧化剂、抗菌剂等功能性添加剂显著提高脱模剂耐久性，使脱模剂能在长时间内保持其性能，不易因外界因素如氧化、细菌侵蚀等而退化，延长脱模剂使用寿命并降低更换频率，减少对环境产生负外部性。4 聚合物基复合材料脱模机性能的控制变量分析 4.1 研究添加 MXene、石墨烯等纳米材料对聚合物基复合材料性能的影响 材料科学领域，诸如 MXene、石墨烯等纳米材料的加入，能对聚合物基复合材料性能产生较大影响，具体可通过如下几方面显著改善复合材料性能：其一，强化复合材料力学性能，MXene、石墨烯等纳米材料因其独特结构附带的力学性能，在添加至聚合物基体后能够显著提升诸如材料强度、韧性等复合材料力学性能。例如，将石墨烯加入聚合物材料当中，能使复合材料在承受外力时展现出高抗变形能力与断裂韧性。其二，增强复合材料热导率，由于纳米材料如 MXene、石墨烯具备优异导热性能，当其被整合至聚合物基体后，能从微观层面改变分子结构，使复合材料热传导性能提升，因此该类复合材料能被应用于快速散热场合（如电子设备散热元件）中。其三，调控聚合物基复合材料电导率，当具备优越电导性能如石墨烯等纳米材料被添加至聚合物基体中时，能调整复合材料导电性。这一点在制备导电聚合物材料如柔性电子器件、传感器等领域中尤为重要。4.2 相关添加剂如何改善聚合物基复合材料的物理参数 添加剂在聚合物基复合材料合成当中，占据一席之地，既能改善材料基本物理参数，又能赋予其材料特定性能。从四个方面来说，首先，抗氧化剂等添加剂因能有效阻止热分解过程中自由基生成，显著提高材料耐高温性能、延长材料使用寿命，尤其适用于需长期承受高温环境应用场景。其次，加入阻燃剂能大幅提升聚合物基复合材料阻燃性能，添加剂基于特定机制减少火灾风险，此特性对电子产品、建筑材料等领域安全性要求尤为重要。再者，紫外线吸收剂等添加剂能有效提高材料耐候性，通过吸收紫外线保护材料免受阳光中紫外线长期照射损伤，减缓材料老化速度，能用于保护户外使用的材料。另外，应用透明添加剂使聚合物基复合材料在保持优良物理性能的同时，还具备良好光传输特性，这点在需透光视觉审美领域诸如光学镜片、透明容器提供应用基础。进而，还能引入柔性添加剂，增加材料柔韧性，使其在需抗冲击性能应用领域中有效抵抗冲击以提高材料耐用性。5 结语 传统脱模剂在使用过程中存在一些诸如产生残留物、影响复合材料的性能等局限性。而新型脱模剂的不断发展使制备材料更为高效与精准，有效解决上述问题。但发展任何新技术都不可能一蹴而就。当前，探索新型脱模剂的应用场景还处在初级阶段，需通过深入研究来优化其配方与应用条件。不同复合材料因其独特性质，对脱模剂的要求也大相径庭。因此，科研人员需针对不同类型复合材料研发出更为先进的脱模剂配方与应用技术以满足上述多元化需求。此项研究问世既对优化复合材料制备技术大有裨益，且能为发展材料科学领域贡献着磅礴力量。基于不断优化与创新技术，新型脱模剂将拥有广阔应用领域，推动复合材料制备技术进步，在航空、汽车等领域大有作为，深刻体现科技创新在促进工业发展中的中流砥柱作用，也对未来材料科学研究方向提供重要启示。中国科技期刊数据库 工业 A-52-参考文献 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