光固化快速成型技术是近十年发展起来的一项崭新的技术。它的发展对加快材料成型与加工带来了前所未有的发展前景[1]。传统的光固化技术大多采用紫外光光源,主要用于涂料、油墨、粘合剂、印刷板材、电子工业、医用材料和快速成型等领域[2～4]。紫外光固化对光源提出了较高要求,提高了固化成本。其致命弱点是环保安全性不好,厚膜固化性不佳。为解决这两个问题,选择比紫外线透过性能更好更安全的可见光进行固化,一直是国内外研究的热点[5～8]。利用可见光对树脂基复合材料进行固化是一个新的发展方向[9～11],特别是在日本美国等发达国家已经有所进展,而国内的不饱和聚酯树脂行业还很少有使用可见光,固化的先例,可见光固化还基本停留在医学修复方面的研究与应用上。从另一个角度看,不饱和聚酯树脂应用最广泛的领域之一是纤维增强复合材料(FRP)领域。FRP成型工艺尽管很多,但几乎每一种成型方法的成本都很高,而且生产效率低,工作环境不佳,促进剂和固化剂的分别添加以及繁琐的脱泡过程使得人们渴求去寻找一种成型工艺简单,施工成本低廉,固化时间可任意控制,固化物性能优良的一种全新的成型方法。本文就上述两个课题独自开发了新型可见光固化树脂(VLC)。它选用波长在380～780nm范围的可见光进行固化。该树脂不仅解决了紫外光固化的安全性和应用范围窄的问题,而且在不饱和树脂使用的场合,它都可以使用。其成型工艺更简单,苯乙烯挥发极少,效率更高,成本更低。

1　VLC树脂的特征

与传统的热固化技术相比,光固化技术具有节能、污染少、固化快、可室温固化、可选择固化部位、物理力学性能好等优点。光固化分紫外光固化和可见光固化,可见光固化是利用可见光(380～780nm)进行固化的,而紫外光固化利用的是波长在200～380nm范围的紫外光。这两种光固化的共同特征是固化速度快(溶剂挥发少,生产率高),作业性好(无需称量促进剂和固化剂,无需混合),提供外界光源下低温可以固化(节能)。可见光固化和紫外光固化本质上的差别在于光聚合引发所需光波的波长不同,因此两者又有明显的差别。下表是热固化、紫外线固化及可见光固化的简单比较。

2　VLC树脂与常见的不饱和聚酯树脂的比较

VLC树脂是乙烯基酯树脂(VE)的变性产品,主要是物理特性与VE相似,施工性能优良。无论是施工性能还是固化物的物性和耐蚀性能都是一流的。表2是VLC树脂的基本物理性能的比较。

3　VLC树脂与一般过氧化物固化VE固化物比较

3 1　可见光固化与过氧化物固化物的机械性能比较表3是VLC 760树脂可见光固化和氧化物固化的机械性能比较。

从表3可看出,与过氧化物固化相比较,可见光固化时体积收缩率更小,玻璃化温度更高,韧性更好,断裂伸长率更大。

3 2　可见光固化与过氧化物固化物耐蚀性能比较(强度保持率)

表4是VLC 760、VLC 630树脂的可见光固化和过氧化物固化物的耐蚀性能的比较,以强度保持率来判断其耐蚀性能的优劣。从表4可以看出,可见光固化物与过氧化物固化物相比,耐酸腐蚀性能相当;耐水、有机溶剂、碱腐蚀性能相当,甚至更佳。

4　VLC树脂的应用领域

由于VLC树脂采用的是可见光光源固化,固化时间可控,固化部位可选,可适用成型方法多,苯乙烯挥发极少,而且工艺简单,节能,施工成本更低。在不饱和树脂使用的场合,它都可以使用,应用领域极其广泛。VLC树脂可应用于土木、建筑材料及修补材料、建筑物壁材、天花板材料、地面材料、防水材料、内衬材料、各种管件、混凝土材料、烟囱、下水管道、道路材料及修补材料、各种FRP及FRP内衬、电器制品、医疗器械和模型等。

5　结　语

VLC树脂是针对紫外线固化容易对人体产生危害及应用范围窄等缺点开发的新型树脂,它具有良好的安全性、工艺性、固化性、经济性、环保性等优点。

参考文献

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