1、热分析在复合材料领域的应用梅特勒梅特勒-托利多托利多孔鹏飞孔鹏飞Internal usage only1简介简介广泛使用的高性能材料广泛使用的高性能材料热分析热分析:材料分析的强有力工具材料分析的强有力工具Internal usage only2DSC:固化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变您您生生产产的的产产品的固化度是多少品的固化度是多少?固化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变:玻璃化转变温度如何随着固化度变化玻璃化转变温度如何随着固化度变化?固化反应是如何结束的固化反应是如何结束的?Example:Example:环氧树脂环氧树脂预浸料预浸料Internal usage only3DSC:固
2、化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变Internal usage onlyDSC:固化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变4Internal usage onlyDSC:固化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变5Internal usage onlyDSC:固化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变6Internal usage only7玻璃化转变温度随着固化度的提高而提高玻璃化转变温度随着固化度的提高而提高:Tg vs.Tg vs.固化度固化度-20020406080100020406080100Conversion%Glass transition temperature CTg 常被用于检测固化度常被
3、用于检测固化度DSC:固化度和玻璃化转变固化度和玻璃化转变Internal usage only8DSC:固化促进剂的影响固化促进剂的影响评价不同的固化促进剂对固化温度和速率的影响。评价不同的固化促进剂对固化温度和速率的影响。Example:-EP resin(GY260)with hardenermethyl tetra hydro phthalic anhydride(HY917)-Test with three accelerators(1%in GY260):8DY070,heterocyclic amine8SKXB51118DY9577,boron trichloride amin
4、e complexBrochure on TA competence,Thermosets Chapter 2.1.3Example of accelerator:Tertiary amine epoxy2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol;DY 064Internal usage only9DY070 shows fastest reaction,but creates lowest Tg&phase separation(second Tg)避免过快的固化反应避免过快的固化反应DSC:固化促进剂的影响固化促进剂的影响Internal usage onl
5、y10DSC:后固化后固化材料真的已经完全固化了么材料真的已经完全固化了么?材料的性能已经十分稳定不再改变了么？材料的性能已经十分稳定不再改变了么？Example:碳纤维增强环氧树脂碳纤维增强环氧树脂 复合材料的后固化复合材料的后固化Internal usage only11KU600 后固化Internal usage only12DSC:后固化后固化使用使用TOPEM检测后固化检测后固化Internal usage only13DSC:产品研发产品研发您您是否需要是否需要为为了了将来将来的的产产品品研发研发而而进进行固化行固化过过程的程的研研究？究？Example:为片状模塑料为片状模塑料
6、SMC(sheet molding compound)研发的新型树脂系统研发的新型树脂系统:-固化速率和固化度固化速率和固化度-能够经受的层压时间能够经受的层压时间-储存稳定性储存稳定性Thermosets Vol2 Chapter 3.9,UserCom 12(2/2000),p.9Internal usage only14DSC:产品研发产品研发使用不使用不饱饱和聚和聚酯预酯预浸浸渍渍的片的片状状模塑料模塑料:在在120120C C层压不同时间以后进行层压不同时间以后进行的后固化测试。的后固化测试。050100150200110Hr in J/gTime in sInternal usag
7、e only15DSC:产品研发产品研发DLTMA:probe forceGel time:26 minUpper and lower envelopesDLTMA curveEndset 26.10 minEnvelope differenceIsothermal at 10 CForce:0.1N/-0.1N(DLTMA)um5000min010203040506070N-0.10.00.1min0.00.51.01.5Gelation of an Adhesive at 10C26.02.2004 14:15:34 SW 8.10eRTASMSG31(office):R.Riesen经过
8、大约经过大约220S的层压之后树脂几乎完全固化的层压之后树脂几乎完全固化:H 非常小非常小Internal usage only16TGA:填料含量填料含量您您知道知道您您的的复复合材料中的合材料中的填填料含量料含量么么？环氧树环氧树脂中的常用脂中的常用填填料料:填料填料/增强体增强体用途用途玻璃纤维/碳纤维增强机械强度银粉/金粉，石墨增强导电性氧化铝增强导热性石墨增强润滑性滑石粉增强机械加工性沙子/二氧化硅降低成本石英降低热膨胀率Thermosets Vol.1 Chapter 3.2.1Internal usage only17TGA:填料含量填料含量预浸渍材料中有多少碳纤维？预浸渍材料中
9、有多少碳纤维？Internal usage only18TMA:固化产品的质量固化产品的质量如何鉴定固化产品的质量如何鉴定固化产品的质量?Examples:-钢管上的粉末涂层钢管上的粉末涂层-复合材料复合材料-模具组件模具组件Internal usage onlyTMA:固化产品的质量固化产品的质量19Internal usage only20TMA:凝胶时间凝胶时间在某个温度下胶粘剂多长时间能粘住？在某个温度下胶粘剂多长时间能粘住？操作时间操作时间?凝胶时间凝胶时间?Internal usage only21TMA:凝胶时间凝胶时间凝胶化凝胶化:通过动态载荷通过动态载荷TMA测定凝胶时间测定
10、凝胶时间Internal usage only热固性树脂凝胶时间TMA测试22Internal usage only23DMA:通过通过TgTg进行质量监控进行质量监控测定复合材料的测定复合材料的TgTg和模量和模量Internal usage only玻璃化转变的频率依赖性玻璃化转变的频率依赖性24Internal usage only25不同类型的复合材料填料增强复合材料纤维增强复合材料叠层表层tan delta0.00.20.40.60.81.0C-25-20-15-10-5051 015202 5303540G SB R w ith 60 phr CBSB R w ith 30 phr
11、 CBM Pa1 0 31 0 21 0 11 0 0C-25-20-15-10-5051 015202 5303540 SB R and CB 1 06.04.2007 15:25:27S TA Re SW 9.01 DEM O Version tan delta0.00.20.40.60.81.0C-25-20-15-10-5051 015202 5303540G GSB R w ith 60 phr CBSB R w ith 30 phr CBM Pa1 0 31 0 21 0 11 0 0C-25-20-15-10-5051 015202 5303540 SB R and CB 2 0
12、6.04.2007 15:25:05S TA Re SW 9.01 DEM O Version G*5.46G EMPa103102C50100150200250 9653 all curv es 06.04.2007 18:41:10STARe SW 9.01 DEM O Version )1(2EG0.00.20.4C3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0in fib e r d ire ctio n3-p.b.a cro s s fib e r d ir
13、e ctio nM P a1 0 41 0 3C3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 P E S ln g s u n d q u e r,2.H e iz e n 0 6.0 4.2 0 0 7 1 7:0 9:5 6S T A Re S W 9.0 1 D E M O V e rs io n 如何用DMA测试?Internal usage only26玻璃化转变温度f EfEEfm)1()1(fEEm2.5 C0.8 C-6.3 C-6.2 CG”最大值
14、:基体材料的玻璃化转变温度tan d 最大值:与模量变化有关Dlog G下降tan d 峰温随之下降聚合物-填料体系的分析Internal usage only27GGLength 2.0000 mmWidth 2.0000 mmThickness 0.1000 mmGeometry factor 12.5000 1/mMPa102101C30405060708090100110tan delta0.00.5C30405060708090100110 Thin film 05.04.2007 19:43:52STARe SW 9.01 DEMO Version 纤维增强复合材料优先取向的材料(
15、注射成型、拉伸薄膜等)纤维增强复合材料，叠层体系 泊松比大于0.5，并与温度有关0.00.51.0 C-2 002 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0P o st c u r in g o f a n ad h e s iv eM P a1 0 21 0 1 C-2 002 04 06 08 01 0 01 2 01 4 01 H z1 0 H z1 0 0 H zD ia m et e r 1 1.0 0 0 0 m mT h ic k n es s 0.4 0 0 0 m mG e o m e tr y f ac to r 2.1 0 4 5 1/m H e id e n
16、h a in (3)1 9.0 3.2 0 0 7 1 5:5 1:0 5S T A Re S W 9.0 1 D E M O V e r s io n 纤维的影响E 3G 100G纤维增强复合材料力学性能取决于方向Internal usage only28Length 5.0000 mmWidt h 4.0000 mmThi ckness 0.2000 mmGeomet ry f act or 5.0000 1/mG1st heat ing2nd heati ngPrepreg i n shearMPa10210110010-1C-40-200204060801001201401601802
17、00tan del ta10010-110-2C-40-20020406080100120140160180200 prepreg 08.04.2007 22:01:09STARe SW 9.01 DEMO Version 不同方向测试的PES(3点弯曲模式)Etan dNoImageDlog E降低 tan d 峰温降低 Tg=f(纤维方向)纤维方向垂直于纤维方向纤维增强复合材料Internal usage only29DMA:涂料和粘结剂涂料和粘结剂弯曲和拉伸模式主要是测量基体材料的行为：-不适合测试附着在坚硬的基体材料上的薄涂层，拉伸模式可能导致薄涂层的剥离.。-样品有破碎的可能，很难夹持住脆性样品。压缩模式:-样品通常非常坚硬很难压缩。剪切模式是最好的测试方法剪切模式是最好的测试方法.对于基体上附着的薄涂层样品有极高的灵敏度。对于基体上附着的薄涂层样品有极高的灵敏度。Internal usage only30NoImageCoating materialDMA:涂料和粘结剂涂料和粘结剂Internal usage only31DMA:涂料和粘结剂涂料和粘结剂NoImageInternal usage only32DMA:预浸渍预浸渍NoImage谢谢
