加氫石油樹(shù)脂主要有C5、C9、DCPD三種類(lèi)型,常通過(guò)共混、交聯(lián)等方式與彈性體、樹(shù)脂等基體復(fù)合制備形狀記憶聚合物,成品憑借樹(shù)脂帶來(lái)的良好熱穩(wěn)定性與相容性,在形狀恢復(fù)率、力學(xué)強(qiáng)度等方面表現(xiàn)優(yōu)異,適配不同場(chǎng)景需求,以下是其具體制備方式和性能特點(diǎn)的詳細(xì)解析:
制備方法
加氫石油樹(shù)脂自身難以單獨(dú)形成形狀記憶結(jié)構(gòu),需與其他聚合物共混或交聯(lián)構(gòu)建 “固定相-可逆相”的形狀記憶體系,不同類(lèi)型樹(shù)脂的制備路徑各有側(cè)重,具體如下:
C5加氫石油樹(shù)脂基體系:該體系多適配廢舊化纖類(lèi)基體,側(cè)重通過(guò)共混重塑形狀記憶功能。先將廢舊滌綸/錦綸/氨綸預(yù)處理后烘干,同時(shí)把 C5 加氫石油樹(shù)脂與相容劑(如馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸羥丙酯接枝乙烯-辛烯共聚物)在 100℃烘箱中干燥4小時(shí)備用;再按預(yù)設(shè)比例混合預(yù)處理化纖、C5加氫石油樹(shù)脂、相容劑及抗氧劑,放入雙螺桿擠出機(jī),在上下腔板200℃、螺桿轉(zhuǎn)速74rpm條件下擠出造粒;最后將顆粒通過(guò)注塑機(jī)注塑成型,注塑時(shí)控制模溫43℃、料筒溫度200℃、保壓時(shí)間6秒,即可制得形狀記憶復(fù)合材料。其中C5加氫石油樹(shù)脂通過(guò)與化纖分子形成氫鍵和范德華力構(gòu)建可逆相,實(shí)現(xiàn)形狀的變形與恢復(fù)。
C9 加氫石油樹(shù)脂基體系:常與瀝青、橡膠等復(fù)合制備耐高溫形狀記憶材料。以改性乳化瀝青為例,采用 “先乳化后改性”的工藝,先將瀝青乳化制成基礎(chǔ)乳化瀝青體系;再將C9加氫石油樹(shù)脂與引發(fā)劑混合后加入乳化瀝青中,在攪拌狀態(tài)下保溫反應(yīng),促使樹(shù)脂分子與瀝青分子形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。C9加氫石油樹(shù)脂的高軟化點(diǎn)特性可作為體系的輔助固定相,提升材料高溫下的形狀穩(wěn)定性,搭配瀝青自身的粘彈性實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能。
DCPD加氫石油樹(shù)脂基體系:適合高端耐高溫場(chǎng)景的形狀記憶材料制備,多與不飽和聚酯、橡膠共混交聯(lián)。先將DCPD加氫石油樹(shù)脂與不飽和聚酯樹(shù)脂按比例混合,加入過(guò)氧化甲乙酮等固化劑和鈷鹽促進(jìn)劑;隨后在模具中進(jìn)行加熱固化,控制溫度80-120℃,使體系發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)。DCPD加氫石油樹(shù)脂的飽和環(huán)結(jié)構(gòu)作為固定相維持材料基本形態(tài),而樹(shù)脂與基體間的動(dòng)態(tài)交聯(lián)鍵作為可逆相,保障形狀的可逆轉(zhuǎn)變。
核心性能
加氫石油樹(shù)脂基形狀記憶聚合物的性能受樹(shù)脂類(lèi)型、添加量及基體影響顯著,整體在形狀記憶、力學(xué)和耐環(huán)境等方面表現(xiàn)突出,具體如下:
形狀記憶性能
恢復(fù)效率:合理配比下該類(lèi)材料恢復(fù)率表現(xiàn)優(yōu)異。如C5加氫石油樹(shù)脂與廢舊化纖復(fù)合體系,當(dāng)樹(shù)脂添加量19.5%-39.5%時(shí),形狀恢復(fù)率可達(dá)85%以上;含加氫樹(shù)脂的改性乳化瀝青體系,在6%樹(shù)脂添加量時(shí),分子鏈段的形狀恢復(fù)能力顯著提升,能有效修復(fù)路面裂縫等形變。對(duì)于DCPD基體系,在高溫工況下形狀恢復(fù)率可維持在80%-90%,適配汽車(chē)內(nèi)飾等場(chǎng)景的形變恢復(fù)需求。
響應(yīng)溫度:類(lèi)型不同響應(yīng)溫度差異較大。C5、C9基體系響應(yīng)溫度較低,多在60-100℃;DCPD基體系因樹(shù)脂耐溫性?xún)?yōu)異,響應(yīng)溫度可提升至100-150℃,部分交聯(lián)改性體系甚至能在200℃下保持形狀記憶活性,可用于高溫設(shè)備密封等場(chǎng)景。
力學(xué)性能
拉伸與彎曲性能:C5加氫石油樹(shù)脂與廢舊化纖復(fù)合后,可顯著改善化纖材料的力學(xué)缺陷,當(dāng)樹(shù)脂添加量29.5%時(shí),復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度較純廢舊化纖提升30%以上,彎曲強(qiáng)度提升 25% 左右,同時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率保持在15%-25%,兼顧韌性與形狀記憶所需的形變能力。
沖擊強(qiáng)度:DCPD加氫石油樹(shù)脂與不飽和聚酯復(fù)合后,材料的缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)12-18kJ/m²,較未添加體系提升40%,避免材料在形狀變形與恢復(fù)過(guò)程中因沖擊發(fā)生破損。
耐環(huán)境穩(wěn)定性:加氫工藝賦予樹(shù)脂飽和分子結(jié)構(gòu),使復(fù)合材料具備出色的穩(wěn)定性。C5、C9基體系耐候性良好,在戶(hù)外環(huán)境中暴曬6個(gè)月后,形狀記憶性能衰減不足10%;DCPD基體系表現(xiàn)更優(yōu),其改性材料在180℃下剪切強(qiáng)度仍大于10MPa,且LED封裝應(yīng)用中光衰率<5%,同時(shí)耐酸堿腐蝕性強(qiáng),在常見(jiàn)化工介質(zhì)中浸泡后,形狀記憶和力學(xué)性能無(wú)明顯下降。
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