复合材料模压工艺用助剂

前/言

正如助剂在各行各业中的广泛应用，在复合材料模压工艺中，助剂也有广泛和不可取代的应用。帮助模压工艺控制体系粘度、改善流动性、解决产品应用中面临的问题，极大的降低了SMC/BMC的生产难度，提高了最终产品的合格率。

助剂产品使用简单，通过较少的添加量来解决生产中遇到的复杂问题。本章将通过分述不同功能的助剂及其作用原理，来介绍各种助剂在模压中的应用。

模压应用中助剂的分类

模压工艺是一个高填充的体系，成型又是在高温高压的过程中实现，最终产品对表面质量、产品尺寸、力学性能和其它物理性能都有要求。针对填料在体系中的分散（有机和无机），有分散助剂来控制体系粘度；对于体系内有机物质相互间的相分离，有防止相分离助剂；对于压制中的流动性问题，有加工助剂可以提升流动性能；力学性能则可以通过偶联剂和纤维浸润剂来实现。

因此，助剂在模压工艺中，基本可以分为：

润湿分散剂

防止相分离助剂

加工助剂

偶联剂

纤维浸润剂

其它特殊助剂

1

润湿分散剂

1.1 润湿分散剂的作用原理

润湿分散剂在模压工艺中主要解决两个问题：降低粘度和稳定分散效果。体系的低粘度状态是由于无机粉料在液体中的有序排列所带来的。在没有使用润湿分散剂的体系中，无机粉料也可以依靠机械力的输入（如：高速分散剂）分散在液体中，但无法实现规则排列并保持这种状态。在机械力撤除后，分散于液体中的粉体将回到无序的低能量状态，导致体系高粘度。对于有序的分散为初级粒子，我们称之为“解絮凝”；相反的过程，初级粒子抱团为更大尺寸的粒子，我们称之为“絮凝”。

无机填料在液体中分散，解絮凝和絮凝的转换

润湿分散剂的作用机理通常分为三种：电荷稳定（Electrostatic stabilization）、空间位阻（Steric stabilization）、电荷稳定+空间位阻（Electosteric stabilization）。目前最常见也最有效的分散剂是空间位阻类型的分散剂，他们适应能力强，可用于多种体系中。

电荷稳定 

空间位阻

电荷稳定+空间位阻

空间位阻类型的润湿分散剂通过颜料亲和基团作用在颜料/填料上，同时通过相斥基团拉开初级粒子间的空间距离，实现和保持最好的分散状态。

1.2 润湿分散剂的选择

润湿分散剂按照结构的不同，可以分为三类：单官能团、双官能团和多官能团。单官能团润湿分散助剂能强烈降低体系粘度，最高能有60%降幅；双官能团润湿分散剂兼顾降低体系粘度和防止填料沉降的作用，可以用于预填充树脂体系的储存防沉降。双官能团润湿分散助剂的好处在于不会大幅降低体系粘度，可以替代以触变效果防止沉降的助剂；多官能团润湿分散剂并不会降低体系粘度，甚至有可能提升体系粘度，但是其优异的防沉降和防浮色发花能力是复合色色浆里必不可少的助剂。

1.3 用于模压体系的润湿分散剂

1.4 润湿分散剂的用量

润湿分散剂按照填料量计算，并在填料之前分散在体系之中。较之于苯乙烯的降粘效果，润湿分散剂可以实现少量、快速降粘的效果。同时，苯乙烯的过多加入，会降低最终产品的冲击强度，增加有机物挥发。关于两者效果的对比请参见图示的降粘效果对比。

润湿分散剂的用量可能对体系粘度有较大的影响。以图示所示的用量-粘度图可以看出，当润湿分散剂添加不足量时，由于生产时计量的不准确，会导致树脂糊粘度有较大幅度的变化。合适的润湿分散剂添加量应该首先通过实验室测试，确定添加量增加或减少但体系粘度变化不大的中间点为配方添加量。

这样可以有效降低批次间的差异，稳定产品质量。

润湿分散剂添加量对粘度的影响

苯乙烯和润湿分散剂降粘效果的对比

2

防止相分离助剂

相分离是由于体系内有机物相互极性的差异和比重的差异所导致的。最典型的是聚苯乙烯体系在体系中作为低收缩添加剂。

目前比较有效的防止相分离的方法有：

2.1 防止相分离助剂

这是一种专门作用于热塑性塑料上的助剂，自身具有高分量。通过自身的极性来减少树脂和热塑性低收缩剂间的极性差异。

他们直接作用在热塑性有机物上，能同时帮助热塑性有机物在体系中的分散，作用和润湿分散剂分散无极填料一致。

另外，防止相分离助剂还能有效防止由于有机色浆导致的产品发花问题。因此也可以用于有机色浆或复合色的制备。

高分子量防止相分离助剂

2.2 使用带触变效果的助剂

触变是另外一种能减缓体系相分离的方法。通常使用触变效果更好的膨润土产品（例如BYK公司的Garamite 1958有机膨润土）。

触变是通过氢键使体系增粘，从而限制体系内填料和其他组分的运动。使用触变助剂的好处是可以同时防止填料沉降。但缺点是会提高体系粘度，可能会导致纤维浸润问题。

比较好的防相分离方式是同时使用防止相分离助剂和触变助剂。这样可以最大限度的防止混合/生产，以及增稠过程中导致的相分离。

相分离会导致拉丝、发花、低光亮度和产品表面微气孔。

3

加工助剂

这是一类比较特殊的助剂体系，提高模塑材料的流动性、纤维分布、表面质量并替代硬脂酸盐类脱模剂。

毕克化学公司是该类助剂技术最为成熟的公司之一，开发出了针对普通低收缩体系和A级表面产品的加工助剂。并且针对车灯体系专门研发了低雾影专用加工助剂。

毕克化学的加工助剂大多整合了多种功能，一种助剂满足多种效果。特别是针对产品的免打磨、垂直立面的波纹解决和纤维分布几个问题提供了很好的解决方案。

加工助剂的多种功能示意

加工助剂在体系中的不迁移特性为免打磨、喷涂高附着力提供了简单易行的途径。原理和效果如下：

加工助剂不迁移、在体系锚固的效果示意

雾影是有机物在高温下挥发迁移，在低温表面凝结形成不透明薄层（或低透明度），导致透光率下降。

传统硬脂酸盐由于在体系内处于游离状态，并且在压制时容易形成孔洞等上升通道，因此会产生雾影。

加工助剂的不迁移性，有效解决了这个问题。

加工助剂和硬脂酸盐雾影测试的对别

加工助剂的不迁移特性还能实现免打磨直接喷涂、粘接的效果。这也为模压工艺减少环境污染提供了一条很好的解决之道。