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LubeKote?8171A 成功应用于PMI 泡沫材料制程工艺
来源:上海乐瑞固化工有限公司   |    发布时间: 2019-07-08   |    点击数:载入中...

? ? ? 上海乐瑞固化工创新脱模剂产品LubeKote?8171A 近期在PMI泡沫材料制程中取得成功应用。作为外脱模剂,应用于第一工艺步骤甲基丙烯酸/甲基丙烯腈共聚板的制程中,能够提供良好的脱模性能。
那么什么是PMI泡沫材料呢?下面就让我们一起来长长姿势吧!
(以下内容为网络转发)

PMI 泡沫材料简介


? ? ? 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫是一?#32440;?#32852;型硬质结构型泡沫材料,具有 100%的闭孔结 构,其均匀交联的孔壁结构可赋予其突出的结构稳定性和优异的力学性能。其主分子链为 C-C 链,分?#30828;?#38142;含有酰亚胺结构的泡沫塑料,可由多种方法制造。该泡沫塑料是目前强度 和刚度最高的耐热泡沫塑料(180~240℃),能够满足中高温、高压固化和预浸料工艺要求。与各种类型树脂之间具有良好的兼容性,适合作为高性能夹层结构中的芯层材料使用,可以 取代蜂窝结构,而且各向同性,容易经过机械加工成为各?#20013;?#29366;复杂的截面形状,并且不含 任何氟利?#28023;?#23646;于环保型材料,防火性能达到 FAR 25.853 和 AITM 等有关标准,代表着高性 能聚合物结构泡沫塑料的最新发展领域。
? ? ? PMI 泡沫首先是由德国 Schrder 博士在 1961 年发明?#27169;?#30001;Rohm& Hass 有限公司于 1966 年在德国 Darmstadt 首先研制成功并实现商品化。目前 PMI 泡沫已被广泛 地应用在航天、航空、军工、船舶、汽车、铁路机车制造、?#29366;鎩?#22825;线等领域。
PMI 泡沫具有下列性能:
1、100%的闭孔结构,且各向同性。? ?
2、耐热性能好,热变形温度为 180~240℃。
3、优异的力学性能,比强度高、比模量高,在各种泡沫中是最高的。
4、面接触,具有很 好的压缩蠕变性能。
5、可高温热压罐成型(180~230℃、0.5~0.7MPa),可真空袋加热成型(180~230℃,几 个 Pa),还可熔融注射成型,实现泡沫夹层与预浸料的一次性共固化。
6、不含氟里昂和卤素。
7、良好的防火性能,无毒、?#33073;獺? ?
8、和各种树脂体系的相容性好。
9、优良的介电性能:介电常数 1.05~1.13,损耗角正切在(1~18)×10-3。在 2~26 GHz 的?#24503;?#33539;围内,其介电常数和介电损耗的变化很小,表现出很好的宽频稳定性,使之非常适 于?#29366;?#21450;天线罩的制造。
10、没?#26032;?#34562;窝夹层结构的面板-蜂窝界面的湿热腐蚀。

PMI 泡沫具有比重小、耐高温、低介电常数与损耗、抗压强度高、比强度高、抗疲劳和抗蠕变性能好等优点,可实现与预浸料一步固化的工艺;同时具有优良的二次加工性能,可通过加热成型不同曲面形状的制品在相同密度的泡沫中,PMI 泡沫的强度和刚度是所有泡沫中最高的。以其卓越的综合性 能,在大型?#31361;?#21644;运输机、战斗机、直升机、高速列车、风力发电机叶片、卫星和运载火箭 及运动和医疗器材等方面获得了大量的应用。PMI 泡沫作为?#34892;?#26448;料?#20445;?#21487;采用 Scrimp 法、 纤维缠?#21697;ā?#21152;压铸造法等方法制造复合材料。


PMI 泡沫材料的特性



1、物理化学特性
? ? ? PMI 泡沫通过加热甲基丙烯酸/甲基丙烯腈共聚板,发泡制造。在发泡共聚板的过程中, 共聚物转变成聚甲基丙烯酰亚胺。发泡温度在 170℃以上,根据密度和型号不同而不同。目前,世界上主要 PMI 泡沫产品是德国德固赛公司生产的 ROHACELL?系列产品,工艺过程 如图 2 所示。

? ? ? ? ? ??图1:PMI 泡沫的生产工艺过程


图 2:ROHACELL-51 WF? 微结构

? ? ? ? ?孔穴的基本特征:孔壁厚度:t=12um,孔穴大小:l=0.6m
2、PMI 泡沫夹层结构的结构优势
? ? ? 在夹层结构中,PMI 泡沫材料可以作为结构性单元。过去,一般仅仅把泡沫作为填充材 料,不考虑其强度和刚度对结构的贡献。主要原因是过去使用的泡沫材料,例如 PUR 泡沫, 一般是在结构完成以后,空腔内发泡,这样泡沫的质量,均匀性和力学性能难以保证。PMI 泡沫采用的是独特的固体发泡技?#37232;?#27873;沫的质量、均匀性和力学性能都可以保证。PMI 泡沫 是目?#27688;?#24378;度和比刚度最高的聚合物硬质泡沫材料。通过计算,如果把 PMI 泡沫作为夹层 结构的结构性单元,面板可以减少 1-2 层碳纤维铺层。PMI 泡沫夹层结构可以作为结构性 夹层结构使用,应用领域突破了过去蜂窝等非结构性夹层结构的传统观点。
3、PMI 泡沫夹层结构的工艺优势
? ? ? PMI 泡沫还具有突出的?#33073;?#32553;蠕变性能。也可以这样说,PMI 泡沫的比强度和比刚度是 使得材料具有良好的使用性能,PMI 泡沫?#33073;?#32553;蠕变性能使得材料同时也具备了良好的工艺 性能。碳纤维环氧复合材料体系的固化需要设定的压力,温度和时间为固化条件。如果采用 节约成本的共固化工艺,作为芯材的泡沫材料,需要具有良好的?#33073;?#32553;蠕变性能。经过试验, PMI 泡沫能够满足各种固化条件的要求。
? ? ? 通常对于泡沫夹层结构,可以采用的工艺有:
? ? ? 模压工艺:模压工艺的特点是模具成本相?#36234;?#39640;,优点是能够准确的保证复合材料的厚 度和尺寸;同时具有两个光洁表面的构件。通常采用模压工艺的构件有飞行控制?#32771;?#30452;升 机旋翼,运动器材和医疗床板?#21462;?#22312;模压工艺中,通过赋予泡沫芯材一定的过盈量,在合模 固化过程中,过盈量给面板的固化提供反压力。PMI 泡沫的?#33073;?#32553;蠕变性能是过盈量转变成 反压力的前提和保证,可以通过设定合适的过盈量,根据铺层的树脂含量,固化体系,面板 厚度,调整反压力的大小,满足固化压力的要求。
? ? ? 热压罐工艺:热压罐工艺的特点是一面?#26448;#?#19968;面软模(真空袋)。通过抽真空以及热 压罐内加压,对固化中的复合材料层板加压。如果采用共固化工艺,也就是碳纤维复合材料 面板的固化、夹层结构芯材与面板的粘接一次性完成。PMI 泡沫的空隙相对蜂窝要小,能够 对面板的固化提供足够的支撑,不会象蜂窝结构面板出现电报效应。
? ? ? RTM 工艺:液体树脂注射是一种相?#36234;?#26032;的优化制造工艺,借助 RTM(树脂转注模) 的技?#37232;?#29983;产高性能夹层结构构件。目的是为了简化生产过程,降低制造成本,节约原材料 的价格。选用价格相?#36234;系停?#20855;有良好的铺覆性能的布,可以实现批?#21487;?#20135;,构件能达到使 用高质量的预浸料的效果。如果将蜂窝的孔隙加以密封,不让低黏度的注射树脂流入蜂窝孔 隙,在 RTM 制造工艺中,也可以选择蜂窝作为?#34892;?#26448;料。不过,通常如果采用 RTM 工艺生 产夹层结构复合材料,一般采用泡沫芯材。和热压罐工艺相同,芯材也需要具有良好的?#33073;?缩蠕变性能,满足树脂注射压力和注射温度的要求。
4、PMI 泡沫夹层结构耐久性方面的优势

? ? ? 泡沫夹层结构与 NOMEX?蜂窝夹层结构比较的另一个特点是其抗吸湿性好得多,由于泡 沫是闭孔?#27169;?#28287;气和水分很难进入到?#34892;?#37324;面去。两种材料的吸湿实验对比见图 3。目前, 舰载机型以及一些?#29366;锿覆?#26500;件(?#29366;?#32617;)尽可能的避免采用蜂窝结构,减少维护成本。

图 3:PMI 泡沫和蜂窝吸湿实验对比曲线

1、全球市场
? ? ? PMI 泡沫绝大部分用作复合材料?#34892;?#26448;料,已成功地引入很多应用领域,目前已有 154 种复合材料?#34892;?#24212;用,涉及领域包括?#29366;?#22825;线罩、隐身、火车、船舶、汽车和航空航天领域、 医疗、体育用品。 PMI 泡沫复合材料产品在全球市场增长?#35813;停?#33258; 20 世纪 70 年代以来, PMI 泡沫已经应用于许多航天、航空飞行器中,包括麦道公司 MD11 的襟翼?#21058;?#29255;、进气道; 韦 斯 特 兰 直 升 机 公 司 的 “ 山 猫 ”、“ 海 王 ” 的 主 、 尾 旋 翼 ; 空 客 公 司 A320 扰 流 器 、A340/500/600/380 飞机客舱气密隔板;?#20998;?#30452;升机公司 EC135、NH90 的主尾旋翼;波音公司与西科斯基公司联合研制的 RAH-66“科曼奇”的旋翼?#21462;?#33322;天上,PMI 泡沫塑料已经应用到美国德尔塔(Deltall)运载火箭的载荷段整流罩、级间段、中间体、隔热罩?#21462;?br />

航天火箭整流罩
? ? ? 交通运输上,PMI 泡沫塑料目前已经应用到日本新?#19978;?E4 列车的列车头、?#20998;?#24555;速列 车车头、瑞士 Schindler Technic 公司自?#24615;厥交?#36710;车体、德国 Duewag 公司的有轨电车车体 中段、意大利法拉利跑车、F1 赛车的车体?#21462;MI 泡沫塑料还应用于西门子等公司医疗床 板,挪威高速表面效应巡逻艇的艇体?#21462;??

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西门子医疗床

? ? ? PMI 泡沫优异性能,使其成为材料科学中理想的轻型材料之一。将 PMI 泡沫与其他材料 及加工工艺结合,有利于汽车的轻量化发展。随着材料轻量化技?#37232;?#21253;括设计、生产工艺、 装配、连接及材料性能等的?#27426;?#21457;展和成熟,未来基于复合材料的多材料轻量化结构是汽车 轻量化及汽车外饰件材料的发展趋势。通过不同材料、结构和制造工艺的相互结合和补充,可以简单方便地实现设计和制造的模块化,以使所用材料和零件的功能达到最佳的组合。目前,汽车的轻量化技术还处于不成熟阶段,在未来将有很大的发展空间。
? ? ? 1)1989 年山猫直升机 Lynx AH MK 9 的首次飞行即安装了新型先进复合材料旋翼,旋 翼直径达到 12.8m。ROHACELL 泡沫广泛应用在各?#20013;?#21495;的直升机桨叶中作为芯材,例如 BK117、EC135、EH101、Tiger 等型号的直升飞机。其中 EH101 桨叶的长度达到 8.5m。使用 ROHACELL 泡沫的夹层结构设?#30130;?#26728;叶的使用寿命约可延长 10000 多飞行小时,比金属桨叶的 400-500 飞行小时长很多。

? ? ? 2)新一代的“虎”式直升机的引擎罩是使用 PMI 泡沫 ROHACELL XT 作为芯材,和 BMI 预浸料共固化。构件的长期使用温度达到 160°C。只有使用 ROHACELL XT 才能实现共固化, 降低成本的同时减轻重量。
? ? ? 3)PMI 泡沫?#34892;?#32467;构在 A340 和 A380 后压力框上取得应用。空中客车 A340-500 和 600 选择 ROHACELL 泡沫加强气密机舱的球面框,泡沫夹层的加强筋大幅度提高了球面框的稳定性。

? ? ?4)日本新?#19978;?E4 高速火车头中使用 PMI 泡沫作为芯材。高速火车头需要一种高强度和 重量比的碳纤维/环氧树脂面板复合材料。而且需要满足压力罐工艺需要的压力?#33073;?#21147;下的 蠕变指标。PMI 正是具有高强度重量比和较高的?#33073;?#32553;蠕变性能。?

? ? ? 5)1999 年至 2001 年,?#30528;?#27773;车公司采用 RTM 工艺,先后成功地在 Espace 第三代汽车 的发动机罩和第四代汽车的车顶加强筋部位使用了 ROHACELL 51 IG,并采用了玻璃纤维进行 增强。此外,奔驰 McLaren SLR 汽车的?#24471;?#27099;板和后保险杠底杆等?#32771;?#21017;使用了 ROHACELL 71 IG。在 Lancer Evolution 8 中,ROHACELL 51 IG 被用作扰流板的夹层结构芯材,它比原来的 ABS ?#32771;?#20943;轻了 2kg。在宝马 X5 中,通过热压罐工艺固化成型的以 ROHACELL 为芯材的夹层板 发动机盖,其重量仅为金属制发动机盖的 1/4 左右。
? ? ? 6)法国 Corima 公司使用 ROHACELL IG51 泡沫作为芯材用在高性能的复合材料自行车的 车架和轮辐,外面使用碳纤维的包?#26448;?#21387;成型。挪威制造商 Madshus 公司多年来一直采用 ROHACELL 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)硬质泡沫作为生产滑雪板的必需组成部分。ROHACELL 芯材与纤维增强表面的完美结合,赋予滑雪板最佳的柔韧性与动力学性能。采用胶粘或模压 工艺,该高性能 PMI? 泡沫可与各种常用塑料形成具有高负?#24615;?#33021;力的复合材料。
? ? ? 从国外使用情况看,PMI 泡沫产品约 80%用于航天航空领域,约 15%用于交通运输上, 约 5%用于其他领域。
2、国内市场
? ? ? 国内 PMI 泡沫已用作耐高温结构材料和?#35206;?#26448;料,主要从德国进口,价格昂贵。
? ? ? 2006 年,德国赢创德固赛联合上海同?#20040;?#23398;一起研发的 PMI 泡沫?#34892;?#24125;筋条结构的复 合材料发动机盖和后背门?#32771;?#24050;被安装在上海燃料电池汽车动力系统有限公司的新一代燃 料电池汽车上。与传统的金属结?#20849;考?#30456;比,二者分别减重 37.7%和 34.6%。
? ? ? 2009 年 3 月,研制的 PMI 泡沫作为树脂基复合材料的泡沫夹层结构芯材,在×?#26009;?#30446;应用单位进行了全面考核,所做的××直升机旋翼考核结果表明,研制的 PMI? 泡沫夹层结构复合材料性能的耐疲劳?#31361;?#26800;强度等性能完全达到了设计要求,所研制的 PMI 泡沫性能 指标完全符合项目的泡沫夹层结构复合材料需要。并且, 研制的 PMI 泡沫还在××无人机 上得到了应用。
? ? ? ?2012 年 7 月 18 日,由直升机材料冶金?#31361;?#22659;工程工作系统主持召开了“聚甲基丙烯酰 亚胺(PMI)泡沫性能和工艺评审会?#20445;?#26124;河飞机公司、中国直升机设计?#33455;?#25152;、惠阳航空 螺旋桨公司、湖?#27927;?#23398;、湘潭大学等单位的领导和专?#20063;?#21152;了评审会议。
? ? ? 中国首架自行研发的新型支线飞机 ARJ21-700 的机翼和翼片都采用了 PMI 夹层结构泡沫 芯材,ARJ21 ?#27493;?#25104;为中国首个销往欧美国家的飞机产品,目前国内外订单为 208 架,其 中包括美国通用电气商业航空服务公司订购的 25 架飞机。
? ? ? 国产的 C919 大型?#31361;?#21450;未?#21019;?#22411;运输机机身、机翼?#33073;?#21147;框等复合材料泡沫夹层结构 均选用了 PMI 泡沫芯材;PMI 泡沫还在国产的某直升机旋翼、尾翼?#31361;?#36523;,及某火箭壳体等 的泡沫夹层结构树脂基复合材料方面获得了应用。

? ? ? 中?#20132;?#33150;风电设备股份有限公司风力发电机组风轮叶片已经在用森普沃(?#26412;?#26032;材料 科技发展有限公司的 PMI 泡沫材料。由?#26412;?#22825;波环宇?#33455;?#25152;开发的偏馈天线上,改变了过 去采用 NOMEX 蜂窝夹层结构的传?#25104;杓疲?#36716;而采用 PMI 作为筋条。

? ? ? 国内军工行业用 PMI 泡沫均从国外进口,PMI 泡沫产品的国产化为打破国外公司对该产 品的垄断具有重要意义,且具有十分明显的经济和社会效益。另外 PMI 泡沫在民用的核磁 共振医疗设备、音响设备和运动器材等方面得到了应用,PMI 泡沫在国内具有广阔的应用前景。

? ? ?中国首架自行研发的新型支线飞机 ARJ21-700 的机翼和翼片都采用了 ROHACELL 夹层结 构泡沫芯材,这也是 ROHACELL 泡沫首次应用在中国?#23601;?#33258;主研发设计的飞机中。ROHACELL 作为应用于复合材料的夹层泡沫,可粘合在两块由碳纤维或玻璃纤维增强的高韧性塑料面板 之间,采用三明治结构的成?#22270;?#21018;性好且重量轻,具有高负?#24615;?#33021;力。

PMI前景展望


? ? ?目前 PMI? 泡沫最初应用从上世?#32479;?#30340;航空开始,逐步发展到今天的船舶、交通运输、 运动器材、风力发电、医疗器材等领域,随着需求的多样化,PMI 泡沫的产品和应用?#27493;?#19981; 断发展。包括大中型?#31361;?#30340;一级结构、?#29366;?#32617;、机腹整流罩、小翼、冲压?#26032;?#21457;动机舱门以 及前起落架舱门等,直升机的机身、旋叶和尾端的芯子等,运载火箭的有效载荷整流罩、级 间舱段、中间体、隔热罩、推进器鼻锥结构等,同时在在舰船、高速机车中也都得到了应用。从国外 PMI 泡沫产品约 80%用于航天航空领域看,PMI泡沫在国内航空航天领域相当大的提升比例。加上最近几年军工行业高速发展尤其战斗机、无人机等对轻型复合新材料需求比较旺盛的领域,国内的 PMI 泡沫龙头企业有望获得极大的发?#22815;?#20250;。

上海乐瑞固化工有限公司? ?成立于2008年,是一?#26131;?#38376;致力于脱模剂、防粘和表面润滑产品的高新企业。从引进来到走出去,十年的探索让乐瑞固在橡胶、聚氨酯、复合材料行业的脱模、防粘?#27688;?#38754;润滑上日臻完善。十年铸就脱模品质,乐瑞固旗下四大明星品牌LUBKO、LubeKote、Polymold、CIREX技术脱胎于?#20998;?#21364;青出于蓝而胜于蓝。十年服务之路,乐瑞固积累了丰富的行业脱模方案专知,深入聆听理解客户的脱模问题,全力帮助客户解决?#28895;猓?#20026;客户提供最合适的脱模解决方案。


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