Гибкость и пластичность акриловых твердых поверхностей

Анализ гибкости и пластичности акриловых твердых поверхностей

На гибкость и пластичность твердой поверхности акриловой кислоты влияют молекулярная структура смолы, механизм отверждения и внешние условия. Следующий анализ проводится по трем направлениям: свойства материала, влияющие факторы и сценарии применения:

Во-первых, источники и проявления гибкости.

Гибкость молекулярной цепи

Гибкость акриловой смолы в основном зависит от структуры сложноэфирной группы (-COO-) и алкильной группы (-R) в основной цепи. Например, введение длинноцепочечных алкильных групп (таких как C8-C12) может увеличить свободный объем молекулярной цепи, снизить температуру стеклования (Tg) и тем самым повысить гибкость. Если в основную цепь ввести гибкие мономеры (например, бутилакрилат), покрытие выдержит изгиб на 180° при комнатной температуре без растрескивания. Однако когда доля твердых мономеров (таких как метилметакрилат) слишком высока, хрупкость покрытия значительно возрастает.

Влияние плотности сшивки

Дозировка сшивающих агентов (таких как диизоцианаты и эпоксидные смолы) напрямую влияет на гибкость. Например, если плотность сшивки слишком высока, покрытие может разрушиться из-за концентрации напряжений во время испытания на изгиб. Умеренное сшивание (например, степень сшивания 30-50%) может сбалансировать твердость и гибкость, позволяя покрытию сохранять определенную твердость, сохраняя при этом ударопрочность.

Температурная зависимость

Гибкость акрилового покрытия увеличивается с повышением температуры. Например, при -20 ℃ покрытие может хрупко сломаться; При 60℃ его удлинение при разрыве может увеличиться в 2–3 раза. Эта характеристика требует, чтобы при использовании в условиях низких температур формула была оптимизирована (например, добавление пластификаторов) для сохранения гибкости.

Во-вторых, механизм реализации пластичности.

Переработка термопластов

Не полностью отвержденная акриловая смола может достичь пластичности за счет обработки термопластов. Например, при температуре 120–150 ℃ смолу можно каландрировать, формовать с раздувом или литьем под давлением, и она сохраняет свою форму после охлаждения. Эта характеристика применима к производству изделий сложной формы (например, декоративных деталей неправильной формы), но необходимо контролировать температуру обработки, чтобы избежать термического разложения.

Формование с помощью растворителя

Вязкость смолы можно снизить, а ее пластичность повысить путем добавления летучих растворителей (например, этилацетата). Например, когда содержание растворителя составляет 20-30%, смолу можно наносить или распылять тонким слоем, а после испарения растворителя образуется плотное покрытие. Этот метод применим для крупномасштабного строительства (например, наружных стен зданий), но необходимо обратить внимание на влияние скорости испарения растворителя на ровность покрытия.

Светоотверждение и обратимое сшивание

Некоторые акриловые смолы можно фотоотверждать фотоинициаторами, при этом для повышения пластичности вводятся обратимые сшивающие связи (такие как дисульфидные связи и водородные связи). Например, под воздействием ультрафиолетового излучения смола может отверждаться и формоваться за считанные секунды. Под воздействием нагрева или специфических растворителей сшивающие связи могут разрываться, приводя к вторичной форме. Эта функция применима к сценариям, требующим повторяющейся обработки (например, 3D-печати).

В-третьих, ключевые факторы, влияющие на гибкость и пластичность.

Состав мономеров смолы

The ratio of soft monomers (such as ethyl acrylate and isooctyl acrylate) to hard monomers (such as methyl methacrylate and styrene) directly affects flexibility. For example, when the proportion of soft monomers exceeds 60%, the flexibility of the coating is significantly improved, but the hardness may be insufficient. When the proportion of hard monomers is too high, the coating is prone to cracking.

Plasticizers and modifiers

Пластификаторы (такие как диоктилфталат) могут уменьшить межмолекулярные силы и повысить гибкость. Например, добавление 5-10 % пластификатора позволяет увеличить удлинение покрытия при разрыве более чем на 50 %, но может снизить его термостойкость и химическую стойкость. Кроме того, введение нанонаполнителей (таких как кремнезем и углеродные нанотрубки) может повысить гибкость и прочность за счет физического сшивания.

Условия отверждения

Температура и время отверждения оказывают существенное влияние на гибкость и пластичность. Например, низкотемпературное отверждение (например, 40 ℃) может привести к неполному сшиванию, в результате чего образуется покрытие с хорошей гибкостью, но недостаточной твердостью. Высокотемпературное отверждение (например, 120 ℃) ​​может ускорить реакцию сшивки, повысить твердость, но может снизить гибкость. Кроме того, гибкостью УФ-отверждаемого покрытия можно управлять, регулируя концентрацию фотоинициатора и интенсивность света.

В-четвертых, требования к гибкости и пластичности сценариев применения.

Архитектурное покрытие

Exterior wall coatings need to have a certain degree of flexibility to resist thermal expansion and contraction caused by temperature changes. For instance, in areas with a large temperature difference between day and night, the coating needs to have an elongation at break of 10-15% to prevent cracking. In addition, plasticity requires that the coating can evenly cover the surface of complex substrates (such as brick walls and stone).

Automobile coating

Такие компоненты, как автомобильные бамперы, должны быть одновременно гибкими и податливыми. Например, покрытие должно сохранять гибкость в диапазоне от -40℃ до 80℃ и в то же время быть способным выдерживать незначительные удары, не отслаиваясь. Кроме того, пластичность требует, чтобы покрытие могло адаптироваться к процессу литья под давлением и образовывать гладкую поверхность.

материалы для 3D-печати

Акриловая смола, отверждаемая ультрафиолетом, должна быть податливой для печати сложных структур. Например, смола должна быстро отверждаться под воздействием ультрафиолета, сохраняя при этом определенную степень гибкости, чтобы предотвратить поломку в процессе печати. Кроме того, печатная продукция должна иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать эксплуатационные нагрузки.

Fifth, strategies for enhancing flexibility and plasticity

Molecular design

Flexible segments are introduced through copolymerization or grafting modification. For instance, introducing polyether segments (such as polyethylene glycol methacrylate) into acrylic resin can significantly enhance flexibility while maintaining water resistance.

Composite modification

Blend acrylic resin with elastomers (such as nitrile rubber, polyurethane). For instance, adding 10-20% elastomer can increase the impact strength of the coating by 3-5 times while maintaining transparency.

Post-treatment process

Optimize the coating structure through heat treatment or solvent annealing. For example, heat treatment at 100℃ for 2 hours can release the internal stress of the coating and enhance its flexibility. Solvent annealing can promote the rearrangement of molecular chains and enhance plasticity.