高性能环氧乙烯基酯树脂在车辆制造上的应用

alexwtt · 发表于 2005-9-21 16:03:04

乙烯基酯树脂是采用环氧树脂与不饱和酸反应制成的，使其具有类似于环氧树脂的力学特性的同时，更具有不饱和树脂的工艺特性。其分子链的末端具有高交联度、高反应活性的双键，化学性能稳定，其中稳定苯醚键使乙烯基酯树脂耐腐蚀。另外，酯基只位于分子链端部，固化反应时交联也是只在端部进行，整个分子链都不参加反应，因此，分子链可以拉伸，并表现出较好的韧性，延伸率可达到4％～8％。同时，乙烯基酯分子中的羟基，增加了树脂对玻璃纤维的浸润性。较低的粘度使树脂适合于大多数的玻璃钢工艺成型。
 
3 车辆部件制造使用高性能乙烯基树脂的种类：
 
3.1通用标准型双酚A环氧乙烯基酯树脂
 
标准双酚A环氧乙烯基酯树脂是采用甲基丙烯酸与双酚A环氧树脂等通过催化剂反应合成，已溶于苯乙烯溶液，该树脂在具有以下的特点：
1》 高强度；
2》 较好的韧性和延伸率、耐疲劳性好；
3》 耐热性好；
4》 树脂的分子结构表明：与普通乙烯基酯树脂（如富马酸改性型乙烯基酯树脂）相比，该树脂具有改善玻纤浸润性和提高粘接力，也可承受更高的外力冲击的化学基团，具有优良的工艺性；
由于环氧乙烯基酯树脂以其具有的足够的机械强度和刚度、耐热循环、耐腐蚀的独特性能，更好地满足了高品质FRP产品的要求。但这类树脂的固化收缩率还是相对比较大的，不能满足一些产品尺寸精度较高的产品，这一点在汽车工业中尤其重要。但一直以来困扰FRP工程师的如何控制树脂固化收缩的技术问题，并没有得到实质性的进展，更多的FRP工程师在进行FRP制品和模具设计、制造时通过经验来制定收缩余量，控制收缩；或通过添加填料、低收缩添加剂来控制收缩，保证制品的尺寸精度，但实际效果并不明显，或影响其他性能等。而国内上海富晨化工首创的超低收缩型乙烯基酯树脂的成功开发和应用给FRP工程师带来更好的选择，则很好地解决了上述技术难题，使厂家很轻易地制作出高品质的FRP制品和模具，给FRP工业带来深远的影响，该产品的推出在国内外FRP业界引起了很大的反响。在汽车、火车、模型、模具等行业的FRP产品开发中得到广泛的应用，下面就其中一些典型的应用作一简单的介绍。
 
3.1.1 FRP汽车部件的制作
主要采用手糊、喷射、RTM、真空渗透树脂等成型工艺制作尺寸精度要求比较高的结构和次结构部件，车门、仪表盘、车身壳体、硬壳车顶、引擎盖等；环氧乙烯基酯树脂用于RTM、真空渗透树脂工艺制作FRP汽车部件越来越多。
美国福特四轮驱动 Aerostar横梁是采用用FRP部件设计制造的。多功能车的前横梁/横向弹簧，这一体化构件虽小但结构复杂，且可承受高载荷，只需用螺栓将其固定在车上。由于结构强度、刚度、耐久性和悬挂等性能要求，所以采用的材料主要是玻璃纤维增强材料和乙烯基酯树脂，制造工艺为RTM。在六个装附件处和缓冲块安装处，由钢嵌入件增强以承受很高的压缩载荷。结构本身由聚氨酯泡沫芯材和变厚度的复合材料蒙皮组成。其他装附件处如低位悬臂梁处则采用玻璃纤维织物增强。除了转向架，减震器、低位控制臂和缓冲块外，横梁还在两个装附件处支撑横向片簧，此设计是基于路面坑洼冲击（3g）、急转弯（1g）、最大前轮加速和制动1g的组合作用。刚度和耐久性要求的依据是原有钢结构件。该构件重27 kg，而同样的钢构件重33kg。
 
3.1.2高品质模具制作
近年来，FRP制品的外在材质性能竞争激烈，生产效率和质量管理要求也特别严格，对模具的高性能化和高功能化要求不断增加，同时对于型芯和模腔配套的模具逐渐向低压（2-8kg/cm2），同时加热（40-80℃）的形态扩展，但对于一副高品质的FRP模具而言，必须具有以下要求：
a) 足够的机械强度和刚度；
b) 足够的尺寸稳定性；
c) 足够的耐热性和耐热循环性；
d) 优良的耐化学药品、耐磨耗和平整度，具有光泽。
故对模具制作所用材质提出更高的要求，树脂材质是构成模具的主体材料之一，是模具材料综合性能提高的重要基础，对模具适用树脂而言应具有以下特点：
a) 低收缩特性，甚至达到零收缩。
b) 良好的工艺性。
c) 固化后能提供足够的机械强度和刚度。
d) 良好的耐热性。
e) 优良的耐腐蚀性
而对于市面上的现有材料，邻苯和间苯树脂均不能很好满足上述综合性能。其缺点如下：
1、因其耐热性较差，其聚酯玻璃钢在干态的耐热性小于80℃，当利用模具在循环加热进行制品的后固化处理时，由于耐热不够，造成模具变形，表面玻璃纤维外露，影响制品表面质量；
2、收缩大，由于树脂的固化收缩会产生内应力，制品因此会产生微裂纹，形成表面缺陷，并影响制品的强度和刚度，尤其在温度交变情况或升温条件下，内应力得到释放就会影响模具强度；其次，由于收缩而影响模具的尺寸精度；另外，树脂的收缩会在模具表面形成玻璃钢纤维的痕迹，影响表面品质；
3、耐腐蚀性差。由于模具表面需上脱模液和脱模蜡，这些物质基本都是有机物并含有溶剂一类的物质，并且，制品在模具中成型的过程中树脂中产生苯乙烯，这些物质对模具都有腐蚀作用。
现在乙烯基酯聚酯树脂已形成模具材料的主流，替代了传统上的间苯树脂一统天下的局面。上海富晨化工有限公司推出的超低收缩环氧乙烯基酯聚酯树脂在模具上的应用更好地满足了模具要求的足够的机械强度和刚度、足够的尺寸稳定性、耐热循环和低的模具折旧费。
 
3.1.2.1手糊成型制作的FRP模具
目前，国内几家主要的汽车FRP部件生产商将我们的模具乙烯基酯树脂应用到FRP汽车部件的模具制作和制品上，有手糊模具、RTM模具、真空吸塑模具、聚氨酯发泡模具，他们的产品主要应用于亚奔、大众、依维柯、大宇、剀斯鲍尔等车型上及火车部件。
 
3.1.2.2浇注成型制作的聚合物模具
聚合物模具通常是用加入填料的环氧、聚酯、乙烯基酯、聚氨酯等热固性树脂，采用浇注方法制成的模具。使用于制作成型温度、注射压力、合模速度、制品形状等要求程度中等偏下的产品模具。聚合物模具壁厚一般为15mm左右，大型模具需要有支撑系统。乙烯基酯模具的模塑次数已超过18000次，与环氧模具相比，它的使用寿命、耐化学腐蚀、耐温性能更好，价格便宜，可用来替代高成本的金属模具。
聚合物模具具有简易、快速经济的特点，在汽车的金属制品的冲压模具得到日益广泛的应用，以适应现在车辆行业多品种、少批量生产的时代。现在，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。
树脂冲压模具在国产轿车的试制中得到成功应用。一汽模具制造中心设计制造了12套树脂模具分别是行李箱、发动机罩、前后左右翼子板等大型复杂内外覆盖件的拉伸模具。其主要特点是模具型面以CAD/CAM加工的主模型为基准，采用高强度树脂、低收缩环氧乙烯基酯树脂浇注成形，凸凹模间隙采用进口专用蜡片准确控制，模具尺寸精度高，制造周期可缩短1/2-2/3，12套模具制造费用可节省1000万元左右。树脂冲开模具技术为我国轿车试制和小批量生产开辟了一条途径，属国内首创。
<

>另外，随着SMC复合材料制品在车辆上的应用日益广泛。复合材料制品
<

>具体见www.fuchem.com