中 国 环 氧 树 脂 应 用 技 术 学 会 网   CHINA EPOXY RESINS APPLIED TECHNOLOGY INSTITUTE

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 ［应用技术］  

环氧树脂在模具上的应用

  一、概况

环氧树脂模具又称树脂模具，它具有制造周期短、成本低、特别适合形状复杂的制品和产品更新换代快速的工业领域；因此，在国外先进国家已得到广泛的应用，特别在汽车制造业、玩具制造业、家电制造业、五金行业和塑料制品等工业系统使用得更为普及。环氧树脂模具按不同的结构和用途，采用各种性能的环氧树脂、固化剂、增韧剂和填料（铁粉、铝粉、硅微粉、重晶石粉等）等配制成模具树脂，同时以玻璃纤维布和碳纤维布作增强材料而制成的。

环氧树脂模具按不同用途和技术要求，能设计出不同的环氧模具树脂配方组份。从国内、外环氧树脂模具实际应用统计，环氧树脂适合于制作以下几种类型的模具，在冷压模具方面有：弯曲模、拉延模、落锤模、铸造模等；在热压模具方面有：塑料注射模、注腊模、吹塑模、吸塑模、泡沫成型模、皮塑制品成型模等。 环氧树脂模具的制造特点，是制造简易，快速，成本低；例如一些外形复杂、难成形的金属模具，用环氧树脂制造，采用浇注法或低压成形法，就能一次成形，无需大型精密切削机床，也可不用高级钳工。有些金属模具制造的周期要几个月至半年，采用环氧树脂模具一般只要3～5天就可完成，其成本仅仅是钢模的15～20％左右，而且树脂模具使用寿命很长，磨损了还可以很快修补好，继续使用。因此，环氧树脂模具的制造是一项打破传统机械加工工艺的新技术、新材料和新工艺。环氧树脂模具，在国外都是大型工厂设立的专门研制中心制造的，而在国内仅在于国防工业单位研制了一些，一般工厂企业都缺乏这方面的制造工艺技术和配方，所以在我国环树脂模具的应用、普及和发展的速度很缓慢。今后随着新材料、新技术的发展，环氧树脂应用技术的推广，环氧树脂模具的综合性能和制造技术被广泛了介和认识，环氧树脂复合材料性能的提高，树脂模具的制作工艺和应用工艺的简化，环氧树脂模具必然会得到飞跃的发展，成为新的高效率的低成本的先进模具。

二、环氧树脂模具的种类

1、环氧树脂冷压类型的模具

(1)弯曲模、成形模、拉延模、切口模等。

环氧树脂的复合材科主要用来制造凹凸模，可以浇注成形，也可以低压模压法成形，它可以冲压或拉延0.8毫米钢板2毫米以下的铝板，寿命在万次以上不磨损。对于大型拉延模具，如汽车驾驶室顶盖件，用环氧树脂制造模具显示出更大的优越性，无需大型切削机床。切口模用来制造结构复杂的大型零件，在凹凸模刃口部嵌以钢带。用环氧树脂制造的弯曲成形模具，冲压的另件有吊扇的风叶等，风叶型面尺寸要求很高，因关系到风量和使用效果等，环氧树脂模具固定在l O O吨冲床上冲压成形，冲压次数巳达三十余万次，树脂模具还在使用。   

(2)落锤模

采用环氧树脂落锤模，可以冲压2.5毫米厚的铝板，1.5毫米厚的不锈钢板。树脂做的模具，协调性能好，工艺简单，制造周期短，比铝锌模缩短3／4时间，还可节省大量的有色金属，降低成本。

(3)铸模

关于铸模如模型、芯盒、型板等，采用环氧树脂制作铸模的优点：

①     树脂模具制造周期短，如铝模制造周期约一个月，而树脂模具制作只需3～5天

②     树脂模具使用寿命长，如铝模用到二千次就要大修，而树脂模可用到二万次；

③     树脂模具修理简单、方便；

④     树脂模具重量轻，劳动生产率高。

因此，国、内外巳普遍、广泛的应用环氧树脂制作铸模。结构形式：有树脂包复式模具和全树脂整体式模具。

此外，环氧树脂还能制作锤击模、爆炸成形模、液压成形模、拉伸模胎、移形模、检验模等，以上的树脂模具，大部分是用来制造飞机，汽车或火箭上的另部件。环氧树脂模具制造速度快，成本低、协调性能好，能解决一般金属模具制造中的技术难关。

2、环氧树脂热压类型的模具

(1)注腊模

用于压注腊型的模具，一般用金属制作模具，批量小的、要求不高的也采用石膏模。先用注腊模注出腊型，根据腊型再做成壳模，溶腊后浇注金属。树脂的注腊模，强度高，成型方便，光洁度高，耐磨性好，导热性稍差一些，在加工成形雕塑的型面时，经济效益就更高了。

(2)塑料注射模

 随着工程塑料的飞跃发展与广泛的应用，塑料模具的制造，就更显出重要性了。环氧树脂注射模具是国内外正在努力突破的一项新技术。据资料介绍，环氧树脂注射模国外作为一种简易、快速模具，因为它成型快，外形精确，但缺点是耐热性差，因此，在树脂模具设计时应考虑冷却水管道，来提高注塑次数。我国也有几个单位在研制这类树脂模具，并取得了良好的应用，注塑次数巳达万次以上，环氧树脂模具型面无变化。在树脂模具配方设计上的优化和模具结构上的改进，使树脂模具的热态强度、导热系数都有较高的水平。因此，如果产品型面为雕塑的型面，机加工简直无法加工的，则更显出环氧树脂模具的优越性。

(3)吹塑模和吸塑模具

这类模具都要求环氧树脂配方固化物要有良好的热态强度和导热系数，它最大的优点是成形方便，这些树脂模具都属于开发应用中的模具。

 三、制造环氧树脂模具的材料与性能

制造树脂模具的基体树脂有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。在这些基体树脂中，环氧树脂的机械、物理性能最好，工艺性也好。所以现在都用环氧树脂制造模具，如现在最高强度的复合材料，就是环氧树脂与硼纤维、碳纤维等制成的。

基体树脂：常用的环氧树脂有双酚A环氧树脂，如；YD-128、E一51、E一44等；线型酚醛环氧树脂F-44和F-45；氨基多官能团环氧树脂AFG-80、AFG-90；脂环族环氧树脂R-122等。根据不同树脂模具的机械强度要求、耐热性要求和精度要求选择基体树脂类型，再设计配方。

固化剂：胺类固化剂：脂肪胺、缩聚胺、芳香胺、改性芳香胺等；

        咪唑类固化剂：2-甲基咪唑、改性咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等；

        酸酐类固化剂：甲基四氢苯酐、改性甲基四氢苯酐、氯桥酸酐、均苯四甲酸二酐等。

增韧剂：LDY-050活性增韧剂、LDY-052反应型增韧剂、LDY-055海岛结构增韧剂、高聚合度聚硫橡胶、端羧基丁睛橡胶等。

纤维增强材料：玻璃纤维（布）、碳纤维（布）、硼纤维（布）等。

填料：硅微粉、铁粉、铝粉、铜粉、氧化铝粉、重晶石粉等。

环氧树脂模具复合材料，是由基体树脂、固化剂，增韧剂，填料和纤维增强材料等组成，起固化反应而达到高性能的模具树脂。根据不同模具不同的结构和技术要求，设计不同的配方，配方不同，其成形工艺，固化工艺也不同。

环氧树脂模具配方浇注体典型的力学、物理性能：

    抗压强度：            120～150 MPa

    抗冲强度：            25～38 KJ／m2

    抗弯强度：            110～160 MPa

    布氏硬度：            20～30 MPa

    固化时收缩            O.2～0.5％

 四、制造环氧树脂模具的工艺方法

1、浇注工艺制造

按环氧树脂配方比例称量和混合，然后浇注入模型模具，按配方工艺要求，采用室温或高温固化成型。也可采用振动浇注工艺。

2、层压工艺制造

玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂模具，在固化时不用压力的，在模型里层迭纤维增强材料并层层涂以环氧树脂混合料，称为接触层迭工艺。固化时如在加压下进行，可增加玻璃纤维含量，称加压层压工艺。

3、短玻璃纤维增强与树脂的混合物，能够在简易的金属模内成形。

总之，不同的模具，根据模具的结构、模具的类型、模具的技术要求来设计不同的环氧树脂配方和制造工艺，才能制造出良好的环氧树脂模具。

氨基-环氧树脂防护涂料在油井集输系统的应用 

    一，前  言

近几年，我国大部分油田都相继进入了中高含水期。由于油田采水量的提高，油水井管串及地面集输系统的腐蚀也日趋严重。在井下管串的防腐蚀工艺中，各油田已广泛推广应用涂料防护技术。由于井下管串都是在千米以下深度的特殊环境中工作，所用防护涂层必须具备优良的耐持续高温、耐磨擦、耐高盐度地层水的性能；此外，为了与阴极保护技术相配套，还要求涂层具有良好的抗静电剥离特性。如此种种严酷的技术条件限制，就使得可以选用作为油管防护的涂料为数不多了。

经考察和调查，目前国内在油管的涂料防护技术中以使用环氧-酚醛涂料最为普遍，虽然它能基本满足上述各种要求，但缺点是需要用大量的二甲苯溶剂，对工作环境的污染严重。其次，该涂料涂膜的固化温度高达200℃左右，需要配备特殊的加热设备。为此，我们经试验以氨基-环氧树脂涂料代替环氧-酚醛涂料，使固化温度降至120～140℃范围内。并且尽量不使用有机溶剂作稀释剂，以减少对环境的污染。据文献资料报道，氨基-环氧树脂涂料的机械强度与抗热氧降解性能均不如环氧-酚醛涂料，因而有必要对氨基环氧树脂加以改性。根据在大分子中引入芳杂环结构，可以增加大分子的刚性，从而改善其机械强度及耐热性能的原理，我们选用具有优良抗老化作用的芳香胺作固化剂来代替脂肪族缩胺固化工艺。芳香胺不但抗老化作用强，毒性小，而且为醇溶性物质，与氨基环氧树脂相溶性、配合性良好。但芳香胺单独使用时在常温下同氨基-环氧树脂之间的交联反应速度过慢，不能在室温下应用，因而又用二元酚为促进剂与芳香胺复配制成改性芳香胺固化剂。

通过系统的配方设计和固化反应试验及现场实际应用结果表明，经过改性芳香胺固化剂固化的改性氨基-环氧树脂防护涂料的各项技术指标，均已达到或超过环氧-酚醛涂料，为油田涂层防护技术开辟了新的途径。

二、实验与结果

    (一) 材料及仪器

    1，LAZ-氨基树脂

    三聚氰胺衍生物经与醇醚化而成，自制合成产品。

    2，E-44环氧树脂，环氧值≥0.44 eq／100g。

3，反应型增韧剂：LDY-052。

4，改性芳香胺固化剂：LHS-120。

    5，漆膜冲击试验仪，漆膜柔韧性试验仪，摆杆式漆膜硬度仪，漆膜附着力测定仪(画圈法)等。

    (二)实验配方

    l、防腐涂料配方

         LAJ--氨基树脂                         50 份（重量比）

         E-44 环氧树脂                         50 份

         LDY-052 反应型增韧剂                  10 份

         LHS-120 改性芳香胺固化剂              30 份

         HGH-400偶联化硅微粉                   50 份

         重辉络岩粉                             50 份

         无水乙醇                               适 量

2、氨基-环氧树脂防护涂料的配制

基体树脂的配制：按比例取氨基树脂和环氧树脂，先加热、搅拌反应制取基体树脂。然后再制成涂料。然后，按照GB1727-79规定的方法制备标准样板，经过10小时室温固化，涂膜均可达到表千。然后将涂料样枚置于电热恒温干燥箱中缓缓升温至130℃，在130±5℃下固化20分钟，自然冷却后取出，分别按照GBl730-79、GBl731—79、GBl732—79和GBl720-79规定的方法测定涂膜的硬度、柔韧性、抗冲击强度和附着力。测定结果如下（同时列出经过200℃固化的环氧-酚醛涂膜性能测试结果以资比较）：

                 氨基-环氧树脂防护涂料           酚醛-环氧树脂防护涂料

硬      度  ：             0.74                            0.70

柔  韧  性 （级）：           1                               1

抗冲击强度（Kg·cm）：      ＞50                            ＞50

咐  着  力 （级）：           1                               2

3、常温固化与高温固化结果比较

为了将改性氨基-环氧树脂防护涂料推广到油田集输系统中去，我们又对室温固化七天的改性氨基-环氧树脂防护涂料的涂膜样板进行了性能测试；结果表明，除涂膜表面硬度略低（硬度为：0.66） 外 ，其它性能与热固化完全一致。我们又将室温固化的涂料样板深埋于1米深的潮湿土层中一年，涂膜完好。

    4、油田现埸防腐蚀试验

    在油田进行涂料现场试验考核，我们仍按照氨基-环氧树脂防护涂料原配方及固化工艺配料，制备样板，室温固化。对固化后的涂膜所进行的各项性能测试结果表明，与实验室时无显著差别。在此基础上，对实验室配方做了工业性放大试验，用制得的改性氨基-环氧树脂防护涂料按照实验的涂敷工艺及固化工艺制作了8600米涂料油管，分别效入6口油水井中，下入深度为1400～1600米，井底温度为50～70℃，地层水总矿化度为50～lOOg／L，水型为氯化钙型或硫酸钠型。经过近一年的现场腐蚀试验，油管涂层基本完好。涂膜下的管件得到完全保护。

三、讨论与结论

      实验数据说明，采用LHS-120改性芳香胺固化剂和氨基-环氧树脂基体树脂的固化反应是完善的，涂膜的常温固化速度完全适合油水管的现埸涂敷工艺，使LHS-120改性芳香胺在常温下与氯基-环氧树脂基体树脂之间的交联反应具备了实用价值。

      在固化温度低得多的条件下，改性的氨基-环氧树脂防护涂料涂膜的硬度比酚醛-环氧树脂防护涂料的涂膜还高，而且附着力也较酚醛-环氧树脂防护涂料为优。这一硬度的改进提高了涂膜对于机械撞击和机械磨擦的适应性。

      实验表明，氨基-环氧环氧树脂防护涂料在室温下其固化反应还不能达到完全反应。这是因为，在常温下所发生的固化反应可能只是氨基-环氧树脂防护涂料中环氧树脂的开环加成反应，这反映在配方体系的凝胶后涂膜表面有一定的硬度，而在高温下所发生的还有其它反应，如氨基树脂同环氧树脂之间的交联反应。因而经过高温固化的涂膜比常温固化的涂膜硬度更高，机械强度更优。但所幸的是油田集输系统的防护属常规工艺，所要求的涂膜硬度及机械强度相对较低，但正是由于固化不够完全，涂膜韧性很好，因而经常温固化的氨基-环氧树脂防护涂料的涂膜，完全可以应用到油田集输系统的常规防护工艺中去。

      经过现埸6口油水井的现场防腐蚀试验，证明改性氨基-环氧树脂防护涂料涂层的涂敷工艺简单，固化温度较低，适宜于施工条件较差的基层井队的油管防护施工作业。更重要的是改性氨基-环氧树脂防护涂料以乙醇为稀释剂，避免了芳香烃类溶剂的污染，因而受到现场施工人员的欢迎。经过吊装、运输及油管下井作业等全过程的考验，证明本技术在油田油管涂料防护技术中的应用是成功的。

                           参 考 文 献 （略）