Гибкость и пластичность акриловых твердых поверхностей

Analysis of the Flexibility and Plasticity of Acrylic solid Surfaces

The flexibility and plasticity of the solid surface of acrylic acid are jointly influenced by the molecular structure of the resin, the curing mechanism and external conditions. The following analysis is conducted from three dimensions: material properties, influencing factors and application scenarios:

First, the sources and manifestations of flexibility

Molecular chain flexibility

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

The dosage of crosslinking agents (such as diisocyanates and epoxy resins) directly affects flexibility. For example, when the crosslinking density is too high, the coating may break due to stress concentration during the bending test. Moderate crosslinking (such as a crosslinking degree of 30-50%) can balance hardness and flexibility, enabling the coating to maintain a certain hardness while having impact resistance.

Temperature dependence

The flexibility of the acrylic coating increases with the rise in temperature. For example, at -20℃, the coating may exhibit brittle fracture; At 60℃, its elongation at break can increase by 2 to 3 times. This characteristic requires that when used in low-temperature environments, the formula needs to be optimized (such as adding plasticizers) to maintain flexibility.

Second, the realization mechanism of plasticity

Thermoplastic processing

Incompletely cured acrylic resin can achieve plasticity through thermoplastic processing. For instance, at 120-150℃, the resin can be calendered, blow-molded or injection-molded, and retains its shape after cooling. This characteristic is applicable to the manufacturing of complex-shaped products (such as irregular-shaped decorative parts), but the processing temperature needs to be controlled to avoid thermal degradation.

Solvent-assisted shaping

The viscosity of the resin can be reduced and its plasticity enhanced by adding volatile solvents (such as ethyl acetate). For instance, when the solvent content is 20-30%, the resin can be coated or sprayed into a thin layer, and a dense coating is formed after the solvent evaporates. This method is applicable to large-scale construction (such as the exterior walls of buildings), but it is necessary to pay attention to the influence of the solvent evaporation rate on the flatness of the coating.

Light curing and reversible crosslinking

Some acrylic resins can be photocured by photoinitiators, while reversible cross-linking bonds (such as disulfide bonds and hydrogen bonds) are introduced to enhance plasticity. For example, under ultraviolet light irradiation, the resin can be cured and formed within seconds. Under the influence of heating or specific solvents, the crosslinking bonds can break, achieving secondary shaping. This feature is applicable to scenarios that require repetitive processing (such as 3D printing).

Third, the key factors influencing flexibility and plasticity

Composition of resin monomers

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.