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1、环氧树脂在固化过程的收缩和内应力June 16, 2007 变压器行业总师会议 Advanced Materials环氧树脂在固化过程的收缩和内应力收缩收缩树脂的交联温度的变化产生产生环氧树脂环氧树脂 固化过程固化过程 使用过程使用过程内应力内应力不均匀不均匀l l制件尺寸和形状的变化制件尺寸和形状的变化l l翘起翘起l l裂纹裂纹Advanced Materials环氧树脂在固化过程中的膨胀和收缩体积膨胀 A点热膨胀到B点 反应收缩从B点体积收缩经凝胶点C后，继续固化收缩到D点， 冷却收缩 D点经E点（玻璃化温度Tg的转折点）到F点。 Tg以上是高弹态，即DE段，为高弹态收缩； Tg以下是玻
2、璃态，即EF段，为玻璃态收缩 BF的体积变化是固化体系的最大收缩。AF是固化体系固化前后在室温下的体积变化。 C点到F点的体积变化值称为凝胶后收缩。此值愈小则内应力相应愈低。 内应力主要是玻璃态的收缩所致。A AB BC CD DE EF FT Tr rT Tg gT TC CT T温度温度/ C/ C比容积比容积(cm3/g)(cm3/g)最大固化收缩最大固化收缩冷却后收缩冷却后收缩反应收缩反应收缩凝胶后收缩凝胶后收缩玻璃态收缩玻璃态收缩高弹态收缩高弹态收缩室温室温玻璃化温度玻璃化温度固化温度固化温度Advanced Materials环氧固化物的内应力及其产生机理内应力内应力固化内应力固化
3、内应力温度内应力温度内应力不均匀温度场的存在是固化内应力产生的主要因素之一。不均匀温度场的存在是固化内应力产生的主要因素之一。升温速率过快 散热条件不同 冷却速率过快环氧固化物的线胀系数与纤维，填料或被粘物的线胀系数相差很大，在使用过程中随温度的变化两者之间因胀缩不均会产生内应力 固化物在进行机械加工时，材料与刀具摩擦引起局部过热，刀具过后又迅速冷却也会产生内应力 无应力构件长期放置，由于环氧材料受温度变化及空气中水分和氧气作用也会产生内应力Advanced Materials环氧树脂基体的收缩和内应力与其结构的关系内应力内应力体系的 化学结构 物理结构内因 分子结构 用量比 交联程度 体系的
4、均匀度正确确定 配方 工艺条件固化物的线胀系数了解两者的关系Advanced Materials环氧树脂基体的收缩和内应力与其结构的关系A AC CD DE EF FT Tr rT Tg gT TC CT T温度温度/ C/ C比容积比容积(cm3/g)(cm3/g)最大固化收缩最大固化收缩冷却后收缩冷却后收缩反应收缩反应收缩凝胶后收缩凝胶后收缩玻璃态收缩玻璃态收缩高弹态收缩高弹态收缩室温室温玻璃化温度玻璃化温度固化温度固化温度结论 内应力在高弹态基本不产生 内应力在玻璃态则随温度的下 降呈直线比例上升 内应力主要是玻璃区的收缩所 致 内应力的大小取决于收缩率的 大小 Tg越高，玻璃态收缩越大
5、，内 应力越大 Tg下降，玻璃态收缩减小，内 应力降低Advanced Materials无机填料对内应力的影响无机填料的线胀系数环氧固化物的线胀系数小一个数量级降低体系的收缩率！使用不当，反而会增加内力力Advanced Materials支配固化物内应力的主要因素内应力内应力玻璃态的收缩率玻璃态的线胀系数TgTg与室温的温度差玻璃态的弹性模量Advanced Materials降低内应力的途径减少内应力产生内应力松驰掉Advanced Materials降低内应力的途径材料设计 选用模量低的、收缩率小的、线胀系数小的树脂体系选用模量低的、收缩率小的、线胀系数小的树脂体系 选用韧性树脂体系选用韧性树脂体系 选用低温固化体系选用低温固化体系 加入粉状无机填料加入粉状无机填料Advanced Materials降低内应力的途径工艺设计 延长固化持续时间 降低升温和冷却速率 保持均匀的温度场 进行后热处理以松弛内应力 纤维及填料分布均匀 采用压力凝胶工艺
