Phân tích tính linh hoạt và độ dẻo của bề mặt rắn acrylic
Tính linh hoạt và độ dẻo của bề mặt rắn của axit acrylic bị ảnh hưởng chung bởi cấu trúc phân tử của nhựa, cơ chế bảo dưỡng và điều kiện bên ngoài. Phân tích sau đây được thực hiện từ ba chiều: thuộc tính vật liệu, các yếu tố ảnh hưởng và kịch bản ứng dụng:
Đầu tiên, các nguồn và biểu hiện của tính linh hoạt
Chuỗi phân tử linh hoạt
Tính linh hoạt của nhựa acrylic chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc của nhóm este (-coo-) và nhóm alkyl (-R) trong chuỗi chính. Ví dụ, việc giới thiệu các nhóm alkyl chuỗi dài (như C8-C12) có thể làm tăng thể tích tự do của chuỗi phân tử, giảm nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh (TG) và do đó tăng cường tính linh hoạt. Nếu các monome linh hoạt (như butyl acrylate) được đưa vào chuỗi chính, thì lớp phủ có thể chịu được sự uốn cong 180 ° ở nhiệt độ phòng mà không bị nứt. Tuy nhiên, khi tỷ lệ monome cứng (như methyl methacrylate) quá cao, độ giòn của lớp phủ tăng đáng kể.
Ảnh hưởng của mật độ liên kết ngang
Liều lượng của các tác nhân liên kết ngang (như diisocyanates và nhựa epoxy) ảnh hưởng trực tiếp đến tính linh hoạt. Ví dụ, khi mật độ liên kết ngang quá cao, lớp phủ có thể bị vỡ do nồng độ ứng suất trong quá trình thử uốn. Liên kết chéo vừa phải (chẳng hạn như mức độ liên kết ngang 30-50%) có thể cân bằng độ cứng và tính linh hoạt, cho phép lớp phủ duy trì độ cứng nhất định trong khi có khả năng chống va đập.
Sự phụ thuộc nhiệt độ
Tính linh hoạt của lớp phủ acrylic tăng theo nhiệt độ tăng. Ví dụ, ở -20, lớp phủ có thể biểu hiện gãy giòn; Ở 60, độ giãn dài của nó vào lúc nghỉ có thể tăng 2 đến 3 lần. Đặc tính này đòi hỏi rằng khi được sử dụng trong môi trường nhiệt độ thấp, công thức cần được tối ưu hóa (chẳng hạn như thêm chất làm dẻo) để duy trì tính linh hoạt.
Thứ hai, cơ chế thực hiện của độ dẻo
Xử lý nhiệt dẻo
Nhựa acrylic được chữa khỏi không hoàn toàn có thể đạt được độ dẻo thông qua xử lý nhiệt dẻo. Ví dụ, ở 120-150, nhựa có thể được lịch, đúc thổi hoặc phun phun và giữ lại hình dạng của nó sau khi làm mát. Đặc điểm này có thể áp dụng cho việc sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp (như các bộ phận trang trí có hình dạng không đều), nhưng nhiệt độ xử lý cần được kiểm soát để tránh suy thoái nhiệt.
Định hình hỗ trợ dung môi
Độ nhớt của nhựa có thể được giảm và độ dẻo của nó được tăng cường bằng cách thêm dung môi dễ bay hơi (như ethyl acetate). Ví dụ, khi hàm lượng dung môi là 20-30%, nhựa có thể được phủ hoặc phun vào một lớp mỏng và lớp phủ dày đặc được hình thành sau khi dung môi bay hơi. Phương pháp này có thể áp dụng cho việc xây dựng quy mô lớn (chẳng hạn như các bức tường bên ngoài của các tòa nhà), nhưng cần phải chú ý đến ảnh hưởng của tốc độ bay hơi dung môi lên độ phẳng của lớp phủ.
Curing nhẹ và liên kết ngang có thể đảo ngược
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
Plasticizers (such as dioctyl phthalate) can reduce intermolecular forces and enhance flexibility. For instance, adding 5-10% plasticizer can increase the elongation at break of the coating by more than 50%, but it may reduce its heat resistance and chemical resistance. In addition, the introduction of nano-fillers (such as silica and carbon nanotubes) can enhance flexibility and strength through physical cross-linking.
Curing conditions
The curing temperature and time have a significant influence on flexibility and plasticity. For instance, low-temperature curing (such as 40℃) may lead to incomplete crosslinking, resulting in a coating with good flexibility but insufficient hardness. High-temperature curing (such as 120℃) can accelerate the crosslinking reaction, increase hardness but may reduce flexibility. In addition, the flexibility of the UV-curable coating can be controlled by adjusting the concentration of the photoinitiator and the intensity of the light.
Fourth, the requirements for flexibility and plasticity in application scenarios
Architectural coating
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
Components such as car bumpers need to be both flexible and malleable. For example, the coating needs to maintain flexibility within the range of -40℃ to 80℃, and at the same time be able to withstand minor impacts without peeling off. In addition, plasticity requires that the coating can adapt to the injection molding process and form a smooth surface.
3D printing materials
Uv-curable acrylic resin needs to be malleable to achieve printing of complex structures. For instance, the resin needs to cure rapidly under ultraviolet light while maintaining a certain degree of flexibility to prevent breakage during the printing process. In addition, the printed products need to have sufficient strength to withstand the usage load.
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.
