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提升UV固化材料的韧性需从材料配方优化、固化工艺调控、助剂添加及后处理等多方面协同改进,以下是具体策略及实施方法:
一、材料配方优化
选择柔韧性树脂
聚氨酯丙烯酸酯(PUA):具有优异的柔韧性和耐磨性,可通过调整分子量或软段比例来控制韧性。
环氧丙烯酸酯:虽硬度较高,但通过引入长链脂肪族结构或柔性单体,可降低脆性,平衡硬度与韧性。
有机硅改性树脂:硅氧烷链段赋予材料低表面能和柔韧性,适合需要耐候性和柔韧性的场景。
调整单体官能度与结构
低官能度单体:如单官能度丙烯酸酯(如丙烯酸异辛酯)可降低交联密度,提升柔韧性,但需与多官能度单体复配以维持强度。
长链单体:如丙烯酸十八酯(C18)可增加分子链长度,形成更松散的交联网络,提高韧性。
多官能度单体:适量添加(如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,TMPTA)可增强交联密度,但需控制用量(通常<30%)以避免脆化。
优化预聚物与单体比例
增加预聚物比例可提升材料强度,但过量会导致脆性增加;单体比例过高则可能降低固化速度和硬度。
二、固化工艺调控
控制紫外线强度与波长
高强度紫外线:可缩短固化时间,但可能引发表面过固化,导致内应力。建议采用阶梯式固化(先低强度预固化,再高强度完全固化)。
长波长紫外线(365nm):穿透力更强,适合厚层固化,减少内应力。
调整固化温度
低温固化:可减缓固化速度,降低内应力,但需确保完全固化(可通过延长固化时间或增加光引发剂用量补偿)。
分段固化:先低温预固化,再升温完全固化,可平衡固化效率与韧性。
优化固化时间
避免过度固化导致交联密度过高。通过实时红外光谱(FTIR)监测双键转化率,确定最佳固化时间(通常转化率达80%-90%即可)。
三、助剂添加
增韧剂
核壳结构增韧剂:如丙烯酸酯类核壳粒子,可在材料中形成柔性相,吸收冲击能量。
橡胶粒子:如丁腈橡胶(NBR)或硅橡胶微球,可显著提升韧性,但需控制粒径(通常<1μm)以避免影响透明度。
增塑剂
低挥发性增塑剂:如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或柠檬酸酯类,可降低分子间作用力,提升柔韧性。
抗氧阻聚剂
添加受阻胺光稳定剂(HALS)或酚类抗氧剂,可抑制氧气对固化反应的干扰,减少表面氧阻聚导致的脆化。
流平剂
添加有机硅或丙烯酸酯类流平剂,可改善材料表面平整度,减少因内应力集中导致的开裂。
四、后处理技术
热处理(退火)
将固化后的材料加热至玻璃化转变温度(Tg)以下(如60-80℃),保温1-2小时后缓慢冷却,可消除内应力,提升韧性。
紫外线后照射
对已固化材料进行低强度紫外线二次照射,可促进未完全反应的双键继续聚合,减少残余应力。
机械拉伸
对薄膜类材料进行单向或双向拉伸,可诱导分子链取向,提升韧性(如BOPP薄膜的生产工艺)。
五、应用场景适配
柔性电子:选用高弹性树脂(如PUA)与低官能度单体复配,添加核壳增韧剂,采用低温分段固化。
3D打印:通过调整光引发剂浓度(如1%-3%)和固化速度(如5-10s/层),平衡打印精度与韧性。
涂料:添加流平剂与抗氧阻聚剂,优化固化温度(如40-60℃),减少表面脆化。