包幸琪 傅取 陳頻 王昕* 夏宏偉

（1.金陵科技學(xué)院材料工程學(xué)院 江蘇南京 211169；2.無錫新宏泰電器科技股份有限公司江蘇無錫 214000）

BMC（Bulk Molding Compound）即團(tuán)狀模塑料，是由不飽和聚酯、有機(jī)添加劑、填料、增稠劑和玻璃纖維等混合而成，因其具有較好的電性能、機(jī)械性能、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性，且材料成本低、工藝生產(chǎn)和成型的適應(yīng)性強(qiáng)，而被廣泛使用［1-2］。傳統(tǒng)BMC 模塑料固化過程中體積收縮率達(dá)到7%以上，收縮率較大，制備出的制品力學(xué)性能和電性能都表現(xiàn)得較為普通，需要對傳統(tǒng)BMC模塑料進(jìn)行改性以提高其性能［3］。

環(huán)氧樹脂本身具有良好的力學(xué)性能，其固化后的制品具有較好的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及抗沖擊強(qiáng)度，電絕緣性能高，密封性能好，具有良好的化學(xué)性能，同時(shí)能與各種材料發(fā)生黏接，其靈活的工藝性使其在材料成型加工中充當(dāng)較好的共混材料［4-6］，能應(yīng)用于多種成型工藝中，如模壓成型和注射成型等［7-8］。但環(huán)氧樹脂比不飽和聚酯樹脂價(jià)格要高很多?；诖?，本文主要論述利用在BMC 基料中加入環(huán)氧樹脂及固化劑的方法制備性能優(yōu)越的環(huán)氧BMC高分子復(fù)合材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 BMC原料

實(shí)驗(yàn)所用BMC 團(tuán)料由53%的氫氧化鋁（ATH）、16%的玻纖、14%的不飽和聚酯樹脂（UP）、9%的低收縮添加劑（LSA）和4%的環(huán)氧樹脂等原料構(gòu)成。

1.2 BMC成型方法

按配方稱取不飽和聚酯、酸鈣、硅油等，放入混煉機(jī)之中，加入填料，混煉10min 左右，加入準(zhǔn)備好的增稠劑和促進(jìn)劑等助劑。待熱壓機(jī)預(yù)熱至模壓溫度，在模具上面涂好脫模劑，將BMC 原料填充在模具之中，并把模具放置在熱壓機(jī)上。搖動(dòng)壓桿至預(yù)壓壓力，預(yù)壓10MPa，時(shí)間為3min，完成后，繼續(xù)加壓至模壓壓力10MPa，保壓10min。關(guān)閉熱壓機(jī)，放冷卻水降溫，降到規(guī)定溫度時(shí)，取出模具，取出成型的樣條，并對樣條進(jìn)行修剪。

1.3 成型工藝參數(shù)的確定

BMC復(fù)合材料一般使用模壓成型法，影響B(tài)MC材料質(zhì)量的因素很多，工藝參數(shù)的設(shè)定是關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)確定模壓壓強(qiáng)、模壓溫度、保壓時(shí)間3個(gè)重要參數(shù)值。

1.4 環(huán)氧樹脂固化劑選擇與BMC性能研究

為了使環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂能夠在相同或相近的溫度和時(shí)間同時(shí)固化交聯(lián)，先進(jìn)行了固化劑篩選實(shí)驗(yàn)。選用3 種固化劑：593、4，4＇-亞甲基雙（環(huán)己胺）和甲基四氫鄰苯二甲酸酐。甲基四氫鄰苯二甲酸酐配備了兩種促進(jìn)劑：2，4，6 三（二甲氨基甲基）苯酚和2-甲基-4-乙基咪唑。

每種固化劑與環(huán)氧樹脂分別按1∶3、1∶4、1∶5、1∶8和1∶16等比例混合放入烘箱，溫度設(shè)置在30℃、40℃、60℃和150℃下，記錄固化時(shí)間。篩選固化性能良好的固化劑，與環(huán)氧樹脂、BMC 團(tuán)料混合模壓成型，測試樣條力學(xué)性能和電學(xué)性能。

1.5 性能測試

1.5.1 抗沖擊性能

使用擺錘式懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 1043對制備的樣條進(jìn)行抗沖擊性能測試。

1.5.2 拉伸性能

使用WD-20D 型萬能電子試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 1447-2005對制備的樣條進(jìn)行拉伸性能測試。將樣條用夾子固定好放在試驗(yàn)機(jī)上，速度設(shè)置為5mm/min后，開始實(shí)驗(yàn)，樣條斷裂，讀出數(shù)據(jù)。

1.5.3 彎曲性能

使用WD-20D 型萬能測試機(jī)，按照GB/T 1449-2005 對制備的樣條進(jìn)行三點(diǎn)彎曲性能測試。將樣品放在支架上，壓頭對樣品施加壓力，樣條斷裂后，讀取數(shù)據(jù)。

1.5.4 耐電弧性能

使用ARC-15耐電弧試驗(yàn)儀對制備的樣板進(jìn)行耐電弧時(shí)間測試，按照GB/T 1411-2002 進(jìn)行測試。將樣板夾在樣品臺，調(diào)試電壓端觸角角度和距離，開機(jī)后，當(dāng)產(chǎn)生火花時(shí)，記錄數(shù)據(jù)。

1.5.5 電氣強(qiáng)度性能

使用HT100擊穿儀（配恒溫油槽）對制備的樣板進(jìn)行擊穿性能測試，按照GB/T 1408-1999，IEC 60243-1：1998 進(jìn)行測試。將樣板放入油槽中，調(diào)好電極角度，開機(jī)后，等待樣板被擊穿。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 BMC模壓成型工藝參數(shù)

表1 是BMC 在模壓溫度170℃、保壓時(shí)間10min、不同壓強(qiáng)下樣條性能數(shù)據(jù)。當(dāng)模壓溫度、保壓時(shí)間固定時(shí)，壓力逐漸升高，其力學(xué)性能達(dá)到峰值后開始降低。當(dāng)模壓壓力為10MPa時(shí)，力學(xué)性能最佳。

表1 不同壓強(qiáng)下B MC 樣條力學(xué)性能

表2 是BMC 在模壓壓力10MPa、保壓時(shí)間10min、不同溫度下樣條性能數(shù)據(jù)。當(dāng)模壓壓力、保壓時(shí)間固定時(shí)，模壓溫度逐漸升高，其力學(xué)性能達(dá)到峰值后開始降低。當(dāng)模壓溫度為170℃時(shí)，力學(xué)性能最佳。

表2 不同溫度下BMC樣條力學(xué)性能

表3 是BMC 在模壓壓力10MPa、模壓溫度170℃、不同保壓時(shí)間下樣條性能數(shù)據(jù)，當(dāng)模壓壓力、模壓溫度固定時(shí)，隨著時(shí)間的增大，沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度先增加后降低。當(dāng)保壓時(shí)間為10min 時(shí)，力學(xué)性能最佳。

表3 不同保壓時(shí)間下B MC 樣條力學(xué)性能

實(shí)驗(yàn)確定模壓工藝參數(shù)：模壓溫度170℃，模壓壓力10MPa，保壓時(shí)間10min。

2.2 環(huán)氧樹脂固化劑選擇

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：常溫時(shí)，環(huán)氧樹脂加入固化劑593所需固化時(shí)間比加入固化劑4，4＇-亞甲基雙（環(huán)己胺）長，在高溫時(shí)，兩者所需時(shí)間相近；使用甲基四氫鄰苯二甲酸酐固化劑，不論用何種促進(jìn)劑，在常溫時(shí)，固化效果都不好，但在高溫時(shí)加入2-甲基-4-乙基咪唑作促進(jìn)劑固化效果更好。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，BMC 模壓料需要在常溫狀態(tài)下放入倉庫保存，而在模壓成型時(shí)，則需要模壓料能快速固化?？紤]經(jīng)濟(jì)成本，綜合考慮選用固化劑593 和甲基四氫鄰苯二甲酸酐（2-甲基-4-乙基咪唑）兩種固化劑，固化劑593 和甲基四氫鄰苯二甲酸酐和與E51添加比為1∶4和1∶5。

3 環(huán)氧樹脂對BMC性能影響分析

圖1（a）、圖1（b）是添加環(huán)氧樹脂前后BMC樣條的掃描電鏡圖。圖1（b）形貌顯示添加環(huán)氧樹脂后結(jié)構(gòu)變得更緊湊，增強(qiáng)了填料的接觸，有助于提高樣條力學(xué)性能和電性能。

圖1 添加環(huán)氧樹脂B MC 樣條掃描電鏡圖

表4是添加環(huán)氧樹脂和固化劑后BMC樣條的力學(xué)性能和電學(xué)性能。添加環(huán)氧樹脂后，樣條的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均有所增加。添加固化劑593 樣條的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有明顯提升，使用甲基四氫鄰苯二甲酸酐固化劑電性能更佳。

表4 不同環(huán)氧B MC 樣條的性能

4 結(jié)語

不飽和聚酯BMC中加入環(huán)氧樹脂，并選擇適當(dāng)?shù)墓袒瘎┖痛龠M(jìn)劑，可制備性能改善的環(huán)氧BMC高分子復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)確定合適的模壓成型工藝條件：模壓溫度170℃，模壓壓力10MPa，保壓時(shí)間10min。實(shí)驗(yàn)表明環(huán)氧樹脂/固化劑593及甲基四氫鄰苯二甲酸酐分別按4∶1和5∶1配比，固化性能良好。

BMC 樣條性能測試結(jié)果表明：BMC 添加環(huán)氧樹脂和固化劑593 后樣條的力學(xué)性能提高，沖擊強(qiáng)度43.75kJ/m2，拉伸強(qiáng)度 114.92MPa，彎曲強(qiáng)度144.94MPa，力學(xué)性能各項(xiàng)均比傳統(tǒng)BMC樣條高；BMC添加環(huán)氧樹脂和甲基四氫鄰苯二甲酸酐（2-甲基-4-乙基咪唑）時(shí)所得樣條電性能好，電氣強(qiáng)度22.77kV/mm，耐電弧時(shí)間187s，相較于傳統(tǒng)BMC樣條電氣強(qiáng)度提升了20%。實(shí)驗(yàn)表明，BMC 添加環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能和電學(xué)性能都得到了改善。