उच्च तापमान प्रतिरोधी प्रीप्रेग एपॉक्सी रेजिन की तैयारी और प्रदर्शन मूल्यांकन

1. परिचय

  एक महत्वपूर्ण थर्मोसेटिंग राल के रूप में, एपॉक्सी राल में अच्छे विद्युत गुण, रासायनिक स्थिरता, उत्कृष्ट यांत्रिक गुण और चिपकने वाले गुण होते हैं, और इसका व्यापक रूप से कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। हाल के वर्षों में, चीन में एपॉक्सी राल की खपत में तेजी से वृद्धि के साथ, एपॉक्सी राल की विविधता संरचना के लिए कई नई आवश्यकताएं सामने आई हैं। उच्च तापमान प्रतिरोधी की मांग epoxy कुछ उच्च अंत उत्पादों में राल बढ़ रही है। यद्यपि उच्च तापमान प्रतिरोधी एपॉक्सी राल की कुछ किस्में देश और विदेश में विकसित की गई हैं, और एक निश्चित उत्पादन का गठन किया गया है, फिर भी यह वर्तमान और भविष्य की विकास आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है। इस तरह के विशेष एपॉक्सी राल के मुख्य विदेशी निर्माताओं में संयुक्त राज्य अमेरिका के डॉव केमिकल, जापान के टोक्यो केमिकल, मित्सुबिशी गैस केमिकल आदि शामिल हैं। चूंकि इसका मूल उद्देश्य मुख्य रूप से सैन्य उपयोग के लिए है, इसलिए विदेशी देशों ने इस तरह की सामग्री की विनिर्माण तकनीक पर दीर्घकालिक तकनीकी नाकाबंदी लगा दी है और इसके निर्यात को प्रतिबंधित कर दिया है। चीन में विकसित उत्पादों का उत्पादन सीमित है और कीमत महंगी है, जो नागरिक उपयोग की वर्तमान तेजी से बढ़ती मांग को पूरा नहीं कर सकती है [4]। उच्च तापमान प्रतिरोधी एपॉक्सी राल की घरेलू मांग को पूरा करने के लिए, उपयुक्त चिपचिपाहट, अच्छी प्रसंस्करण तकनीक, अच्छे उत्पाद भंडारण स्थिरता और मध्यम लागत के साथ उच्च तापमान प्रतिरोधी एपॉक्सी राल विकसित करना जरूरी है।

  इस पेपर में, मल्टीफंक्शनल एपॉक्सी रेजिन और एपॉक्सी राल E51 मिश्रित होते हैं, और एपॉक्सी राल के ताप प्रतिरोध में सुधार के लिए उपयुक्त इलाज एजेंट प्रणाली का चयन किया जाता है। साथ ही, प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने और गर्म-पिघल प्रीप्रेग के उत्पादन के अनुकूल होने के लिए राल प्रणाली की चिपचिपाहट और व्यापक गुणों को अनुपात द्वारा समायोजित किया जाता है। प्रीपेग बनाने का एक बहुत ही महत्वपूर्ण कच्चा माल है FR4 शीट, 3240 एपॉक्सी शीट, बेकेलाइट शीट और 3026 फेनोलिक कॉटन शीट।

2. प्रयोग

  एक। कच्चे माल, उपकरण और उपकरण

  I. कच्चा माल: बहुक्रियाशील एपॉक्सी रेजिन (ए), सामान्य एपॉक्सी रेजिन E51 (बी), उच्च तापमान इलाज एजेंट (सी), टफनर (डी), त्वरक (ई)।

  द्वितीय. उपकरण और उपकरण: सॉफ्टनिंग पॉइंट टेस्टर, कोरियालाबोटेक244 - 1544 जेल टाइम टेस्टर, टीएएआर2000 रियोमीटर, टीए50डब्ल्यूएस डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमीटर (डीएससी), INSTRON2382 यूनिवर्सल मटेरियल टेस्टर, ग्लूइंग मशीन, प्रीप्रेग मशीन।

  बी। परीक्षण नमूना तैयार करना

  I. राल की तैयारी: एपॉक्सी राल और सख्त करने वाले एजेंट को एक निश्चित अनुपात में गर्म करें और पिघलाएं, मिश्रण को एक समान होने तक हिलाएं, 80 ℃ से नीचे ठंडा करें, इलाज एजेंट और त्वरक जोड़ें, वैक्यूम करें और बुलबुले हटा दें, और समान रूप से मिलाएं।

  द्वितीय. रेज़िन कास्टिंग बॉडी की तैयारी: खाली किए गए रेज़िन सिस्टम को गर्म होने पर पहले से गरम किए गए सांचे में डालें, और इसे एक निश्चित इलाज प्रणाली के अनुसार ठोस बनाएं।

  तृतीय. गर्म पिघल चिपकने वाली फिल्म की तैयारी: पिघले हुए राल को गोंद एप्लिकेटर के गोंद टैंक में डालें, राल को रोलर के माध्यम से संबंधित रिलीज पेपर में स्थानांतरित करें, और फिर फिल्म कोटिंग के लिए शीतलन उपकरण के माध्यम से तैयार चिपकने वाली फिल्म को ठंडा करें।

  चतुर्थ. कार्बन फाइबर प्रीप्रेग की तैयारी: राल फिल्म और कार्बन फाइबर की लेपित ऊपरी और निचली परतों को एक मिश्रित मशीन द्वारा मिश्रित किया जाता है। राल फिल्म और मजबूत फाइबर की दो परतें एक "सैंडविच" संरचना बनाती हैं। हॉट प्लेट को गर्म करने और प्रीप्रेग बनाने के लिए हीटिंग रोलर्स के चार जोड़े के हीटिंग और एक्सट्रूज़न के माध्यम से राल को फाइबर में समान रूप से भिगोया जाता है।

  V. प्रीप्रेग परीक्षण स्ट्रिप्स की तैयारी: परीक्षण मानक के अनुसार प्रीप्रेग को काटें और ढकें, एक निश्चित इलाज प्रणाली के अनुसार जमें और बनाएं, और फिर मानक परीक्षण स्ट्रिप्स में काटें।

3। परिणाम और चर्चा

एक। राल फार्मूला की तैयारी

  राल की गर्मी प्रतिरोध आवश्यकताओं के अनुसार, राल प्रणाली का ग्लास संक्रमण तापमान टीजीडीएससी ≥190 ℃ निर्धारित किया जाता है। साथ ही, राल गर्म-पिघल प्रीप्रेग के उत्पादन के लिए उपयुक्त होना चाहिए। रेज़िन कमरे के तापमान पर अर्ध-ठोस होना चाहिए, हाथों से चिपकना नहीं चाहिए, कागज़ से चिपकना नहीं चाहिए, और रेज़िन जेल का समय उपयुक्त होना चाहिए। उत्पादन अनुभव के अनुसार, राल का नरमी बिंदु 35~45 ℃ निर्धारित किया जाता है, और 170 ℃ पर जेल का समय 20~30 मिनट निर्धारित किया जाता है।

  सबसे पहले, मल्टीफंक्शनल एपॉक्सी रेजिन (ए) और टफनर (डी) को 100/10 के अनुपात में मिलाया जाता है, और सामान्य एपॉक्सी रेजिन ई51 (बी) को जोड़े बिना, एक निश्चित मात्रा में उच्च तापमान वाले इलाज एजेंट (सी) को जोड़ा जाता है। त्वरक (ई), और फिर राल प्रणाली के प्रदर्शन की जांच की जाती है। तालिका 1 में सूत्र 4 #~1 # के विश्लेषण के अनुसार, उच्च तापमान वाले इलाज एजेंट (सी) की मात्रा में क्रमिक वृद्धि के साथ, राल प्रणाली का टीजी एक ऊपर की ओर रुझान दिखाता है, लेकिन तन्यता ताकत धीरे-धीरे कम हो जाती है; फॉर्मूला 2#~4# का जेल समय, नरमी बिंदु और टीजी आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं।

तालिका 1 विभिन्न रेजिन के अनुपात और गुण

  राल के थर्मल गुणों को नुकसान पहुंचाए बिना राल की तन्यता ताकत को समायोजित करने के लिए, उच्च तापमान वाले इलाज एजेंट (सी) की मात्रा को कम करना और त्वरक (ई) का एक निश्चित अनुपात जोड़ना आवश्यक है। तुलनात्मक रूप से कहें तो, जोड़े गए इलाज एजेंट की मात्रा बड़ी है और जोड़े गए त्वरक की मात्रा छोटी है। वास्तविक उत्पादन में असमान मिश्रण से राल विस्फोट का कारण बनना आसान है। इसलिए, राल की मिश्रण प्रक्रिया को समायोजित करना आवश्यक है। सबसे पहले, उच्च तापमान इलाज एजेंट (सी) और त्वरक (ई) को पीसने के लिए सामान्य एपॉक्सी राल ई51 (बी) का उपयोग करें, और फिर बहु-कार्यात्मक एपॉक्सी राल (ए) और टफनर (डी) के बाद मिश्रण को राल में जोड़ें। ) अनुपात में जुड़े हुए हैं।

  तालिका 5 में फॉर्मूला 1 से यह देखा जा सकता है कि एक्सेलेरेटर (ई) जोड़ने पर जेल का समय फॉर्मूला 1 की तुलना में काफी कम होता है। जब राल जेल तक पहुंचता है, तो आणविक नेटवर्क क्रॉसलिंकिंग तेज हो जाएगी, और राल जल्दी से चिपचिपी प्रवाह अवस्था से कांच की अवस्था में बदल जाएगी। इस राल में सख्त करने वाले एजेंट को शामिल करने के कारण, राल की चिपचिपाहट बड़ी होती है, राल की तरलता खराब होती है, और हवा का निर्वहन करना मुश्किल होता है। यदि जेल का समय बहुत तेज है, और राल के बुलबुले पूरी तरह से डिस्चार्ज नहीं हुए हैं, तो राल जेल हो गया है, जिससे राल और फाइबर के बीच कमजोर बंधन, गुहाएं आदि जैसे दोष हो जाएंगे, जो बाद के संचालन के लिए अनुकूल नहीं है। उत्पाद और मिश्रित सामग्री के प्रदर्शन में सुधार। इसलिए, इलाज एजेंट की मात्रा कम करने की जरूरत है। तालिका 1 सूत्र 6 और सूत्र 7 की तन्यता ताकत सूत्र 4 की तुलना में काफी अधिक है जब उच्च तापमान इलाज एजेंट (सी) - त्वरक (ई) प्रणाली को सामान्य एपॉक्सी राल ई51 (बी) के साथ पीसकर जोड़ा जाता है। हालाँकि, फॉर्मूला 51 में सामान्य एपॉक्सी राल ई6 (बी) की बड़ी मात्रा के कारण, जो सिस्टम के ग्लास संक्रमण तापमान टीजी को प्रभावित करता है, फॉर्मूला 7 को अंततः राल सूत्र के रूप में चुना गया था।

  बी। राल के रियोलॉजिकल गुण

  हॉट-मेल्ट प्रीप्रेग उत्पादन प्रक्रिया की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, विभिन्न तापमानों पर फॉर्मूला 7 राल के रियोलॉजिकल गुणों का परीक्षण किया गया, और परिणाम तालिका 2 में दिखाए गए हैं। तालिका 2 से देखा जा सकता है कि राल की चिपचिपाहट तापमान के साथ बदलती है। इसलिए, राल फिल्म की तैयारी की प्रक्रिया में, राल फिल्म की तैयारी की प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए तापमान को नियंत्रित करके राल की चिपचिपाहट को समायोजित किया जा सकता है।

तालिका 2 विभिन्न तापमानों पर राल की चिपचिपाहट

  कोटिंग प्रक्रिया के दौरान, चिपचिपाहट और तापमान चिपकने वाली फिल्म की मोटाई और गुणवत्ता को प्रभावित करेंगे। उदाहरण के लिए, जब चिपचिपाहट बहुत अधिक होती है, तो तरलता खराब होती है, जो एक अच्छी राल फिल्म के निर्माण के लिए अनुकूल नहीं होती है। जब चिपचिपाहट बहुत कम होती है, तो इसे खोना आसान होता है। मुख्य कारण यह है कि इलाज एजेंट को एपॉक्सी राल प्रणाली में जोड़ा गया है, और फिल्म की तैयारी के दौरान राल को लंबे समय तक गर्म किया गया है। जब तापमान बहुत अधिक होता है, तो मैक्रोमोलेक्यूल्स और श्रृंखला खंड थर्मल आंदोलन से गुजर सकते हैं, जो तैयार उत्पादों के जीवन को प्रभावित करेगा। इसलिए, चिपकने वाली फिल्म तैयार करते समय, तापमान यथासंभव कम होना चाहिए, बशर्ते कि प्रक्रिया की आवश्यकताएं पूरी हों। तालिका 2 से देखा जा सकता है कि 60 ℃ पर राल की चिपचिपाहट बड़ी होती है, जो फिल्म की तैयारी की स्थिरता को प्रभावित करती है, इसलिए 70 ℃ को फिल्म तापमान के रूप में चुना जाता है।

 सी। इलाज प्रणाली का निर्धारण

  एक उत्तम इलाज प्रणाली उत्पाद के प्रदर्शन में सुधार कर सकती है, अन्यथा यह न केवल उत्पाद के प्रदर्शन को प्रभावित करेगी बल्कि विभिन्न प्रक्रिया समस्याएं भी लाएगी। इलाज प्रणाली को गैर-आइसोथर्मल डीएससी प्रयोग द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। 5~25 ℃/मिनट की विभिन्न ताप दरों पर, राल प्रणाली में संबंधित प्रारंभिक प्रतिक्रिया तापमान (टीआई), शिखर प्रतिक्रिया तापमान (टीपी) और अंत प्रतिक्रिया तापमान (टीएफ) (तालिका 3) होता है। प्रतिक्रिया प्रारंभिक तापमान (Ti), प्रतिक्रिया शिखर तापमान (Tp) और प्रतिक्रिया अंत तापमान (Tf) 0 की ताप दर पर तीनों के रैखिक फिटिंग समीकरण के अनुसार प्राप्त किया जा सकता है।

तालिका 3 Ti, Tp और Tf विभिन्न ताप दरों पर

डी। गर्मी प्रतिरोध मूल्यांकन

  राल प्रणाली के ताप प्रतिरोध का मूल्यांकन आमतौर पर थर्मल विरूपण तापमान, ग्लास संक्रमण तापमान और सामग्री के थर्मल वजन घटाने के अपघटन तापमान द्वारा किया जाता है। ग्लास संक्रमण तापमान टीजी ग्लास अवस्था से उच्च लोचदार अवस्था तक सामग्री का तापमान है, जो सामग्री सेवा तापमान निर्धारित करने के लिए एक महत्वपूर्ण डेटा है। डीएससी वक्र में ग्लास संक्रमण तापमान 203 ℃ है।

इ। रेजिन और कंपोजिट के यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन

  तालिका 4 ठीक किए गए राल के तन्यता और झुकने वाले गुणों का डेटा दिखाती है। तालिका 5 कार्बन फाइबर प्रीप्रेग यूनिडायरेक्शनल लैमिनेट्स के यांत्रिक संपत्ति डेटा को दिखाती है। तालिका 4 के आंकड़ों के अनुसार, राल प्रणाली और कार्बन फाइबर प्रीप्रेग के यांत्रिक गुण लक्ष्य मूल्य आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं।

तालिका 4 राल कास्टिंग बॉडी के यांत्रिक गुण

तालिका 5 कार्बन फाइबर प्रीप्रेग यूनिडायरेक्शनल लैमिनेट के यांत्रिक गुण

4. निष्कर्ष

  इस पेपर में, बहुक्रियाशील एपॉक्सी राल और सामान्य एपॉक्सी राल E51 मिश्रित किया गया था, और उच्च तापमान प्रतिरोधी प्रीप्रेग एपॉक्सी राल विकसित करने के लिए उपयुक्त इलाज एजेंट-त्वरक प्रणाली का चयन किया गया था, और राल और समग्र के गुणों का परीक्षण किया गया था।

  एक। मल्टी-फ़ंक्शनल एपॉक्सी रेज़िन सिस्टम के ताप प्रतिरोध में सुधार के लिए फायदेमंद है। जब सिस्टम का द्रव्यमान अनुपात (ए/बी/सी/डी/ई) 75/15/25/15/0.3 होता है, तो इसमें उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध होता है और यह गर्म-पिघल प्रीप्रेग उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

  बी। विभिन्न ताप दरों पर राल प्रणाली के डीएससी वक्रों का डीएससी प्रयोगों द्वारा परीक्षण किया गया। रैखिक फिटिंग द्वारा राल प्रणाली की इष्टतम इलाज प्रणाली 160 ℃/1h+180 ℃/3h थी।

  सी। राल प्रणाली में उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध है, और डीएससी द्वारा मापा गया टीजी 203 ℃ है।

  डी। राल प्रणाली और कार्बन फाइबर प्रीप्रेग के यांत्रिक गुण लक्ष्य मूल्य आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।