热固树脂体系流变特征及变化规律

胡玮(江苏恒神股份有限公司，江苏 丹阳 212300)

0 引言

热固树脂的全称为热固性能丙烯酸树脂材料，在该体系中，丙烯酸属于其核心构成物质，多种物质在材料中呈现网络交联的结构。此种结构通常为不溶性聚合物，因此热固树脂体系也被称为交联式或反应式树脂。由于树脂体系具备一定热固性，因此其中含有大量的官能团。在涂漆制作过程中，通过在树脂中加入三聚氰胺、聚合氨等物质，使官能团发生化学反应，形成一种特殊的网状结构，最终达到不溶于水、不易熔化等效果。而通过对热固树脂体系进行高固或处理合成工艺，可使热固树脂体系中的相对分子量含量下降到1.0×103～2.0×103之间。因此，在正常施工黏度条件下，热固树脂体系中的固体成分含量可达25.0%～75.0%，也正由于热固树脂体系具有此种高硬度、高耐热性等优势，使其在浇筑过程中可呈现多元化形态。相比于热塑性树脂材料，热固树脂体系中含有的分子量相对较低，但由于热固树脂体系的使用成本较低，因此热固树脂体系成为了有关单位的重点研究材料。为了进一步掌握热固树脂体系的特性，文章将以此材料作为研究对象，对其流变特征与变化规律进行深入的研究与挖掘，以此实现热固树脂材料在市场的广泛应用。

1 热固树脂体系的应用

由于本文研究的热固树脂体系材料中含有大量的官能团，且官能团中大多由烯类单体构成，此过程经过了制浆与浇筑等多种工艺行为。为此，热固树脂体系材料的常规应用为运输车辆风挡、飞机机舱的舱盖等。

热固树脂体系通常呈纤维状、半乳液状、溶液状，在产品生产或使用过程中，需要对其进行加热烘烤行为，以此将半乳状的材料进行固化或镀膜处理，从而形成稳定的网状结构[1]。在此过程中，交联的方式可分为反应式交联与自身行为交联等。当对其进行处理时，温度到达某一指定数值后(此行为可采用添加处理催化剂代替)，树脂中的官能团相互之间会发生化学反应，以此实现热固树脂体系固化。因此，除上述提出的应用，热固树脂体系也可应用于纺织物的制作、纸张的处理、皮革物件的制作、工业涂漆的制作与建筑施工涂料的制作等。

2 热固树脂体系流变特征

2.1 动态黏度特性

文章在对热固树脂体系的流变特征研究中，考虑到材料的官能团中含有大量的乙烯或乙烯聚合物，因此热固树脂体系发生流变行为时，其不同浓度的聚合物黏度将会发生变化[2]，此种变化形式如图1所示。

图1 热固树脂体系流变黏度特征

图1显示当热固树脂体系材料在加热状态下时，乙烯或乙烯聚合物的黏度随着温度的升高先降低，再呈现升高状态。当温度处于125 ℃时，样品的黏度呈现趋近稳定状态，当温度超过225 ℃时，样品的黏度急剧上升[3]。因此可以认为，热固树脂体系在温度变化的条件下，材料基本呈现一种液态或乳化状态的形态。而当温度处于125～225 ℃阶段时，其液态的反应较不活跃，当温度持续上升至225 ℃时，热固树脂材料自身发生交联固化反应，无论是反应速率和反应效果均呈现急剧增加的状态，也因此导致材料黏度快速上升。

综合上述分析，产生此种流变特征的主要原因是：在温度不断升高的条件下，热固树脂体系中的乙烯或聚乙烯官能团逐步呈现溶解状态，并与树脂产生共混联合反应，从而导致树脂体系流动黏度升高。而当体系黏度达到峰值或最高时，若选择温度持续上升，属于对体系中的乙烯分子运动能力进行了加剧处理，会导致在一定温度的条件下，热固树脂体系的动态黏性综合性能呈现下降趋势[4]。而当温度进一步上升超过225 ℃时，热固树脂体系自身发生交联反应，黏度呈现急剧上升状态。因此可以推测，热固树脂体系中的乙烯或与其聚合物可直接影响其体系的流变特性，并且此种反应与温度具有一定的直接关系。

2.2 等温流变特性

除上述提出的动态黏度特性外，热固树脂体系还具备等温流变特性，即热固树脂体系的流变特性受到其固化程度的影响，当环境温度呈现上升状态时，分子运动活跃，分子间的间距变大，使得热固树脂体系分子运动空间被拓宽，更加有利于热固树脂体系的流动，此时体系整体流变系数增强。同时，在等温条件下，热固树脂体系中的羟基基团会受到交联的影响，从而发生固化作用[5]。此时，体系的固化度提升，影响热固树脂体系中的分子链运动，从而导致整体流变能力较差，在此情况下，热固树脂体系整体黏度升高。

采用计算公式log(y)=a+bx，进行热固树脂体系等温流变曲线的拟合与绘制。公式中y表示在等温条件下，对热固树脂体系检测的流变系数(黏度)；x表示等温条件发生时间；a与b分别表示流变相关参数。根据热固树脂体系中乙烯-乙烯聚合物(PES)的不同浓度，使用上述计算公式，对等温流变特性的相关数值进行拟合处理[6]。结果如表1所示(拟合过程考虑到PES的浓度含量通常在0%～40.0%之间)。

表1 等温流变参数拟合结果

表1中，R表示等温流变参数拟合结果。根据表1中的统计数据可知，相关系数R的具体值无限趋近于1.0。这一数值可表示上述提出拟合计算公式的应用是具有实际意义的，公式中a可以使用多项式的方式表示。

分析相关参数a与乙烯-乙烯聚合物之间的关系，用下述方程式表示，Y=A+B1X+B2X2。公式中Y表示为相关参数a；其中X表示为乙烯-乙烯聚合物(PES)浓度(计算单位为%)[7]。综合公式可将相关参数a与浓度含量的关系绘制成如图2所示的关系图。

图2 a与PES的关系

综合图2可知，热固树脂体系流变特征由常数参数a决定，随着乙烯—乙烯聚合物含量的增加，参数a呈现缓步提升趋势，这表明当热固树脂体系中PES的数量达到一定数值后，体系整体流变速度的增长不会受到相关因素的影响，而产生此种效应的最终结果是由于PES中的羟基引起交联固化反应。

3 热固树脂体系流变变化规律

综合本文上述对热固树脂体系流变特征的分析可知，体系在常温状态下呈现乳化状或黏稠状，结合温度与体系黏度之间的关系可知，热固树脂体系呈现典型的固化特征。因此，应将热固树脂体系的储存温度控制在20.0 ℃±0.5 ℃左右，结合室温湿度的变化，将其控制在10.0%～15.0%之间[8]。综合有关研究结果可知，热固树脂体系在恒温条件下，随着室温储存温度的提升，其树脂的黏度呈现显著增加趋势，而常用的拐点法可用于确定在不同储存时间下热固树脂体系的凝胶点(/也可称其成为凝固时间)。综合室温条件下热固树脂体系的储存时间及有关实验调查数据，绘制的结果图如图3所示。

图3 室温存储条件下热固树脂体系的储存时间

根据图3可知，在室温存储条件下，热固树脂体系的储存时间相对较长，这也代表热固树脂体系的流变变化较不显著，尽管逐步呈现固化状态，但相对变化较为缓慢。

4 结语

文章以热固树脂材料为研究对象，对其体系的流变特征及变化规律进行了深入的研究，结合热固树脂体系材料的提出与本文对材料有关性能的研究，解决了传统树脂材料存在的缺点，实现了对涂膜综合机械性能与耐腐蚀性能的提升。常规情况下，热固树脂体系中的相对分子量含量在1.0×104～2.0×104之间，因此热固树脂体系不仅具有普通树脂材料具备的性能，同时也具有其他显著的优越性能。因此，在后期对热固树脂材料的研究与应用中，可将本文的研究成果作为依据，将流动度作为参照，对有关材料的施工工艺进行指导，以此保障使用热固树脂材料进行构件制作的质量，实现热固树脂材料在市场内更加广泛地应用，解决传统材料在使用中存在的工艺复杂、使用成本高等问题。