CN110146540A - 一种用于可固化型b阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，该方法通过小振幅振荡剪切跟踪可固化型B阶段树脂在升温过程中的动态黏弹性能变化，进而由其对温度的特征转变来确定合适的成型加工温度窗口。其具体实施方法：1）升温过程中复数黏度连续降低的区域内动态应力对应变的相位差首次登顶对应的温度为下限温度；2）升温过程中复数黏度连续降低的区域内动态应力对应变的相位差首次触底对应的温度为可固化型B阶段树脂成型加工的上限温度；3）升温速率因素通过外推0消除。在该温度窗口内进行可固化型B阶段树脂成型加工，既能保证树脂有足够好的流动能力又不会明显固化。该方法操作简便、容易实施、低耗高效且适用广泛。

Description

一种用于可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法
技术领域
本发明涉及树脂成型加工领域，具体涉及一种确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法。
背景技术
可固化型树脂固化后得到的高聚物具有如模量高、抗变形能力强、韧性好、机械强度高、收缩率小、制品尺寸稳定等优良的力学性能，且具备对碱及大部分溶剂稳定等良好的化学抗蚀性，同时固化树脂对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，且其介电性能良好，因而被广泛应用于国防以及国民经济的各部门。
可固化型树脂按其固化程度可分为A阶段、B阶段、C阶段和D阶段。A阶段树脂为固化的液体，虽然其加工流动性好，但储存、运输均不方便而直接最终使用较少。而C阶段和D阶段已经凝胶化丧失流动性而不再具备可加工性。B阶段树脂为半固化树脂，因其玻璃转变温度高于室温为固体粉末，在较高温度下可以转变为流体而具有流动性，即B阶段树脂储存和运输均较为方便且具备可加工性，因此，B阶段树脂是树脂加工行业最为常用的形态。
由于可固化型B阶段树脂在较高温度下可以转变为流体，而升高到更高温度可继续反应最终形成可使用的产品，因此，加工时需选择合适的温度既能保证树脂相对较容易流动且又不至于凝胶化而丧失流动性，对于得到最终尺寸满足要求且稳定的制品有着十分重要的意义。
现阶段可固化型B阶段树脂的加工温度多用流动度测试仪评估，该方法需要在恒温下通过流动长度来评估成型加工温度窗口，其操作步骤繁杂、评估周期较长，且加工上下限温度范围不容易准确量化。
发明内容
本发明提出一种利用小振幅振荡剪切测试确定可固化型B阶段树脂加工温度窗口的评估方法。本发明提供的方法操作简便、容易实施、低耗高效且很容易量化可固化型B阶段树脂的成型加工温度窗口，适用于各种可固化型B阶段树脂。
实现本发明的技术方案是：
一种确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，包括以下步骤：
（1）对处于B阶段的可固化型树脂以一定的升温速率执行小振幅振荡剪切测试，将升温测试过程中的相位差和复数黏度作为双Y轴（其中复数黏度Y轴以对数刻度呈现），以温度为X轴作图；
（2）确定应变的相位差在复数黏度连续降低的区域内首次登顶对应的温度为峰温；
（3）确定应变的相位差在复数黏度连续降低的区域内首次触底对应的温度为谷温；
（4）将步骤（2）和（3）中峰温和谷温之间的温度区间为可固化型B阶段树脂的最佳加工温度窗口。
所述步骤（1）中以2-5℃/min的升温速率从室温升温至200℃，小振幅振荡剪切测试执行频率为1Hz。
本发明中使用的动态小振幅振荡剪切测试的操作原理为：对可固化型B阶段树脂样片施 加一个周期性振荡的正弦应变刺激γ＝γ0sin(ωt)(其中γ0为应变振幅，ω为振荡角频率)并 测量出对应的应力响应，若将应变刺激的振幅控制在线性黏弹区内，则应力响应的特征可以 表达为σ＝σ0sin(ωt+δ)(σ0为应力振幅，δ为应力响应对应变刺激的相位差)。
所述步骤(1)中对处于B阶段的可固化型树脂施加周期性的正弦应变刺激用复数表示为 γ*＝γ0eiωt，其中γ0为振荡应变振幅，ω为振荡角频率，并测量出对应的应力响应σ*，其 中应力响应σ*用复数表示为σ*＝σ0ei(ωt+δ)，其中σ0为应力振幅，δ为应力响应对应变刺激的 相位差。
所述步骤（1）中复数黏度用复数表示为。
所述步骤（1）中以不同升温速率进行小振幅振荡，同时测定不同升温速率下对应的峰温和谷温，将峰温和谷温对升温速率作图，使用线性拟合，截距即为平衡态加工上下限温度。
所述线性拟合方程为T=kβ+T0，其中T为温度，k为拟合斜率，β为升温速率，T0为Y轴拟合截距（升温速率等于0），即T0为平衡态加工上下限温度。
本发明的有益效果是：本发明通过小振幅振荡剪切跟踪可固化型B阶段树脂在升温过程中的动态黏弹性能变化，进而由其对温度的特征转变来确定合适的成型加工温度窗口，在该温度窗口内进行可固化型B阶段树脂成型加工，既能保证树脂有足够好的流动能力又不会明显固化。该方法操作简便、容易实施、低耗高效且适用广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明升温过程中相位差和复数黏度对温度的依赖性。
图2为升温速率对加工温度窗口评估影响。
图3为加工温度窗口评估中的升温速率因素消除。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明使用的仪器为美国TA Instruments的DiscoveryHR-2型旋转流变仪，但本方法适用于各种型号的旋转流变仪。
试样准备
使用压片机将可固化型B阶段树脂粉末压制成直径25mm厚度约1mm的圆饼。
实施例1
测试步骤
1)启动空气压缩机或打开管道压缩空气阀门，待与仪器连接的压力表稳定在指定值后，卸下位于仪器机头上轴承保护盖；
2)打开流变仪控制箱电源，等待流变仪完成开机自检；
3)打开旋转流变控制软件取得仪器联机后校准仪器；
4)安装直径25mm的可抛弃一次性测试夹具板，并依次执行间隙归零和其它夹具校准项目；
5)将已经压制好的样品放置于下夹具测试板上；
6)降低旋转流变仪机头使得上夹具测试板贴近样品；
7)关闭旋转流变仪温控炉；
添加条件步骤对样品施加5±5N轴向力；
8)设置动态小振幅振荡升温测试程序，温度范围为室温至200oC，升温速率2-5oC/min，振荡应变0.1%，振荡频率1Hz；
9)开始测试，监控相位差至至第二个极大值即可终止测试。
数据处理步骤
1)在旋转流变仪数据分析软件中将升温测试过程中的相位差和复数黏度以双Y轴对以温度为X轴作图（其中复数黏度Y轴以对数刻度呈现）；
2)使用旋转流变仪数据分析软件确定出动态应力对应变的相位差在复数黏度连续降低的区域内首次登顶对应的温度（峰温）；本例分别以升温速率2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min得到的最低加工温度分别为71.7℃、74.6℃、78.9℃、80.7℃；
3)确定动态应力对应变的在复数黏度连续降低的区域内首次触底对应的温度（谷温）；本例分别以升温速率2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min得到的最高加工温度分别为118.9℃、125.2℃、127.7℃、131.6℃；
4)由上述相位差峰温和谷温共同决定的温度区间即为可固化型B阶段树脂的最佳加工温度窗口；本例2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min得到的加工温度窗口分别为71.9℃~118.9℃、74.6℃~125.2℃、78.9℃~127.7℃、80.7℃~131.6℃。
线性拟合：
将上述得到的峰温和谷温作为Y轴，对应的升温速率作为X轴，进行线性拟合，Y轴截距（升温速率等于0）即为平衡态加工上下限温度，如图3所示，可以看出，可固化型B阶段树脂加工的最低温度为65.5℃，最高温度为111℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）对处于B阶段的可固化型树脂以一定的升温速率执行小振幅振荡剪切测试，将升温测试过程中的相位差和复数黏度作为双Y轴，以温度为X轴作图；
（2）确定应变的相位差在复数黏度连续降低的区域内首次登顶对应的温度为峰温；
（3）确定应变的相位差在复数黏度连续降低的区域内首次触底对应的温度为谷温；
（4）步骤（2）和（3）中峰温和谷温之间的温度区间为可固化型B阶段树脂的最佳加工温度窗口。
2.根据权利要求1所述的确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，其特征在于所述步骤（1）中以2-5℃/min的升温速率从室温升温至200℃，小振幅振荡剪切执行频率为1-5Hz。
3.根据权利要求1所述的确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，其特征在于所述步骤（1）中对处于B阶段的可固化型树脂施加周期性的正弦应变刺激用复数表示为，其中γ0为振荡应变振幅，ω为振荡角频率，并测量出对应的应力响应σ*，其中应力响应σ*用复数表示为，其中σ0为应力振幅，δ为应力响应对应变刺激的相位差。
4.根据权利要求3所述的确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，其特征在于所述步骤（1）中复数黏度用复数表示为。
5.根据权利要求1所述的确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，其特征在于：所述步骤（1）中以不同升温速率进行小振幅振荡，同时测定不同升温速率下对应的峰温和谷温，将峰温和谷温对升温速率作图，使用线性拟合，截距即为平衡态加工上下限温度。
6.根据权利要求5所述的确定可固化型B阶段树脂成型加工温度窗口的评估方法，其特征在于：所述线性拟合方程为T=kβ+T0，其中T为温度，k为拟合斜率，β为升温速率，T0为Y轴拟合截距，即T0为平衡态加工上下限温度。
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