總體積收縮量是指樹脂混合料固化時的收縮量和固化鑄件從固化溫度冷卻到室溫時的收縮量的總和。
基本介紹
- 中文名：總體積收縮量
- 外文名：Total volume contraction
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
簡介,測定,收縮應力的消除途徑,
簡介
總體積收縮量是指樹脂混合料固化時的收縮量和固化鑄件從固化溫度冷卻到室溫時的收縮量的總和。
測定
測定時先測量樹脂混合物在固化溫度下時間零點的密度，而後測量固化後試樣鑄件的總密度，總體積收縮量測定樹脂混合物固化溫度下密度分兩種情況，若高溫下固化測混合時的密度，則把一重錘引入反應混合物中。每隔一定時間測一次重錘的浮力，畫出浮力隨時間的變化曲線，外推至時間零點。其結果除與產品有關外同時與混合的配方及選用的固化溫度、固化時間有關。該量對熱固性樹脂製件的模具設計有一定參考價值。
收縮應力的消除途徑
減少體積收縮率,即減少收縮應力，提高材料強度和使用壽命的方法主要有以下幾種：
1.降低反應體系中官能團的濃度
固化反應引起的體積收縮率與體系中參加反應的官能團濃度有關，所以，可以考慮採用分子鏈較長而反應官能團較少的樹脂。實踐中常採用共聚或者提高預聚物的分子量等措施。例如，用苯酞作固化劑的雙酚A型或間苯二酚型環氧樹脂膠粘劑，分子量越高，樹脂中參加反應的官能團越少，收縮應力就越小，膠接強度就越高。當然並非分子量越大越好。因為分子量增大，必然伴隨著粘度的增加。當粘度過大，粘合劑不能很好地浸潤膠接件的表面時，膠接強度就會嚴重下降。所以必須綜合考慮，選擇合適的分子量。
2.加入高分子增韌劑
一種方法是使某種高聚物溶於樹指的預聚物中，在固化過程中，由於樹脂分子量的增大造成這種高聚物的析出。相分離時發生的體積膨脹，可以抵消一部分體積收縮。例如不飽和聚酯中加入聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮醛、聚酯等熱塑性高分子，可使體積收縮率顯著降低。
另一種方法是，如在環氧樹脂中加入分子量相對較大的低分子量的聚醯胺等，可以提高環氧固化物的韌性和延伸率，降低彈性模量，有效地傳遞固化應力和熱效應，使內應力分散均勻，達到降低收縮應力的目的。
3.加入無機粉狀填料
由於填料不參與化學反應，矽微粉、Al2O3粉的加入降低了樹脂單體在整個體系中的體積分數，即使固化收縮率降低，同時也降低了樹脂固化物的熱膨脹係數。當受應力作用時，填料還起著均勻分散應力的作用。因此加入適當數量的粉狀填料使某些膠粘劑的強度顯著提高。
4.改進固化工藝
在固化溫度和時間的選擇上，初期應儘可能採用低溫固化，以延長凝膠化時間;在凝膠化後的固化反應中，應採用逐步分級的階梯型固化工藝;固化完成後的冷卻過程應緩慢，使交聯結構的固化樹脂慢慢冷卻收縮。
另外，預先用適當的偶聯劑處理被膠接物件的表面，也可以減少膠接面上的內應力。
5.利用膨脹單體共聚。
上述數種方法，都只能在某種程度上消減體積收縮而產生的內應力，但不能從根本上消除內應力。固化時的體積收縮是由單體和相應聚合物的結構決定的。要想徹底消除收縮應力，必須改變引起體積收縮的結構因素。
研究發現，開環聚合反應與縮聚反應和加聚反應相比，體積收縮率較小。這不僅是因為開環聚合反應過程中沒有小分子化合物生成，更重要的是在開環聚合反應中，每有一個范德華距離轉變成共價距離，必有一個共價距離轉變成接近范德華距離。
由此產生的收縮和膨脹可以部分抵消。進一步的研究發現，開環聚合反應體積收縮大小與環的大小有關。隨著環的增大，開環後生成的近范氏越來越接近范氏距離，體積收縮率因而減小。這裡討論的只是單環單體。若單體為雙環單體，發生雙開環聚合反應，則有兩個單鍵斷裂變為近范德華距離，有可能使聚合後體積收縮更小、不收縮甚至膨脹。
在聚合過程中另一個體積變化的因素是從單體到聚合物熵的變化，或者說單體到相應聚合物的自由體積的變化，也就是在單體和聚合物中原子堆積的緊密程度的變化。如果單體或聚合物是晶體，其原子(或分子)的排列就更為緊密，進而顯著地影響聚合物體積的變化，如以晶態單體到非晶態的聚合物，熵的變化將會造成體積膨脹。
