曹卓：PET結(jié)構(gòu)芯材及其可靠性研究

 

曹卓：尊敬的各位嘉賓，大家下午好，我是來自保定維賽的曹卓，很高興有機會與大家分享關(guān)于芯材的學(xué)習(xí)。

保定維賽成立于2011年，公司成立至今一直致力于高性能結(jié)構(gòu)泡沫的研發(fā)、生產(chǎn)，到目前為止12年時間，公司已經(jīng)成長成為國內(nèi)最大，也是唯一一家擁有幾種不同結(jié)構(gòu)芯材的發(fā)泡、研發(fā)、生產(chǎn)為一體的企業(yè)。

（PPT圖示）這是產(chǎn)能的分布，在保定威海連云港三個基地，總計30萬立方米以上的發(fā)泡能力，同時擁有20萬立方米每年的套材加工能力，同時具備發(fā)泡相關(guān)的研發(fā)團(tuán)隊可以根據(jù)客戶不同的要求定制化優(yōu)化泡沫的結(jié)構(gòu)、性能。

（PPT圖示）這是我們公司五大系列產(chǎn)品，目前擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的PVC、PPT、PMI、PI泡沫發(fā)泡能力，同時參與芯材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩項，榮獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎一項，目前客戶主要覆蓋國內(nèi)外一線的主機廠和葉片廠，包括金風(fēng)、遠(yuǎn)景等。

（PPT圖示）PET材料相關(guān)性能，樣品選擇是PET100，在300到450之間質(zhì)量出現(xiàn)了比較大的下降，450度左右只剩下原始重量20%左右，空氣分解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氮氣環(huán)境，說明材料存在和氧氣發(fā)生的關(guān)聯(lián)團(tuán)或分子結(jié)構(gòu)。在60度到100度范圍之內(nèi)，損耗因子產(chǎn)生了比較大的增長，說明這段區(qū)域整個分子的熱運動比較劇烈。此外，通過相關(guān)的材料，PET泡沫或者PET材料本身的Tg值范圍是在65到80度之間，表明溫度升高到一定情況下，PET泡沫力學(xué)性能是存在發(fā)生變化的物理基礎(chǔ)。

（PPT圖示）力學(xué)性能方面，選取了4個不同的溫度，隨著溫度升高，強度和模量發(fā)生了一定變化，模量下降速度超過強度下降的速度。同時觀察到在常溫和高溫情況下不同的破壞區(qū)域，20度的時候，破壞的位置更加接近于樣品的中心區(qū)域，溫度升高的話，破壞位置更加接近于工裝，說明溫度升高或最靠近接觸面的泡沫發(fā)生的速度更快。

壓縮性能方面，隨著溫度的升高，強度和模量出現(xiàn)的一定程度的下降，60度時損失率分別為39%、37%。兩者之間有破壞形勢的變化，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下，隨著溫度升高，剛性儲能模量逐漸消耗，到達(dá)一定程度就轉(zhuǎn)變?nèi)嵝阅Ｊ健?/p>

（PPT圖示）這是不同團(tuán)隊對壓縮強度變化曲值做的模擬，綜合模擬下來，當(dāng)溫度上升到50度時，強度和模量的下降量是原始數(shù)值的80%。對比兩種比較通用的泡沫，一個是PET泡沫，一個是交聯(lián)乙烯泡沫，隨著溫度升高，強度都有相應(yīng)下降，交聯(lián)PVC泡沫Tg值在80度以上，PET泡沫Tg一一般在65到80度之間。結(jié)論。PET泡沫芯材在高溫環(huán)境下使用的穩(wěn)定性問題值得引起重視。

（PPT圖示）PET泡沫水平在自然環(huán)境下隨著時間降解的現(xiàn)象，逐漸發(fā)黃、變翠，失去韌性，主要有內(nèi)因和外因兩個原因造成的。降解機理大概有三種不同的類型，一是熱氧降解，一是光氧降解及水解，水解需要的溫度不高，所以是最容易發(fā)生的降解情況。為什么有這個問題？因為PET泡沫有一定的吸水性，具體吸水的途徑有三個方面，一是表面有泡孔，第二表面泡孔產(chǎn)生缺陷，第三在泡壁區(qū)域產(chǎn)生水解，水進(jìn)一步進(jìn)入。對于三明治夾心結(jié)構(gòu)對比發(fā)現(xiàn)，表面有一層玻璃鋼能極大地保護(hù)泡沫夾心受到降解的影響。

（PPT圖示）這里做了模擬，3.9毫米厚的玻璃鋼情況下和夾心材料之間的吸水性的對比，可以看到，只要有玻璃鋼覆蓋的地方，水汽滲透非常小，如果遭受到撞擊，如果水汽進(jìn)入的話，存在著芯材和吸水的可能性。第三，PET泡沫進(jìn)水后產(chǎn)生潛在的水解問題需要引起行業(yè)的重視，在使用過程中需要更多驗證和論證。

我們做了一個實驗，即在60度恒溫水域70天以上發(fā)生拉伸100密度、150密度、200密度PET都會隨著拉伸強度下降，拉伸強度反映高分子材料本身牢固結(jié)果，所以選擇測量拉伸強度作為判定的標(biāo)準(zhǔn)。通過對比發(fā)現(xiàn)，低密度的PET產(chǎn)品相對于150、200的更容易受到影響。玻璃鋼的厚度也能極大地減緩水汽進(jìn)入的速度有明顯的保護(hù)作用。

在PET使用過程中積累了幾個常見的PET的缺陷，一是泡孔的不均勻性，PET在原板方向泡孔不是均勻分布，在中間區(qū)域泡孔或者閉孔率比較低。如果閉孔率過低的情況會出現(xiàn)一些樹脂富集的現(xiàn)象，泡孔的尺寸決定了力學(xué)性能和吸膠量是比較重要的因素，產(chǎn)生泡壁破裂容易產(chǎn)生疲勞失效的風(fēng)險。

另外，表面平整度是否真的對剝離性能有影響？通過研究告訴我們不是如此，金屬表面非常平整，和樹脂結(jié)合的強度非常高，影響剝離主要的因素是表面或芯材和樹脂之間的結(jié)合能。PET材料作為分子鏈分布比較廣的材料，本身表面能也是呈范圍的分布，根據(jù)不同的配方和添加物、填料，在高密度PET替代輕木的過程中，特別要注意夾層結(jié)構(gòu)玻璃強度是否更加接近于輕木的玻璃強度。

我們維賽公司從2017年開始研發(fā)到現(xiàn)在有三條生產(chǎn)線，產(chǎn)品系列從80密度覆蓋250密度，目前擁有比較完善的研發(fā)和加工能力，對于一些關(guān)鍵指標(biāo)的性能也都能夠有比較好的把關(guān)和優(yōu)化。

總結(jié)。PET作為熱塑性泡沫產(chǎn)品容易受到溫度影響，在使用過程中需要注意使用溫度和工藝參數(shù)。第二，PET泡沫的吸水性和水解性對夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生潛在影響。第三，高密度PET泡沫產(chǎn)品在關(guān)注剝離強度等界面性能。第四，維賽科技擁有專業(yè)化研發(fā)團(tuán)隊，對影響老化性能關(guān)鍵指標(biāo)的控制提升整體產(chǎn)品的穩(wěn)定性。謝謝大家！