用于紫外固化复合材料的独特光引发剂组合
紫外线（UV）和UV LED固化已成为复合材料制造中传统过氧化物冷固化和热固化的可行替代方案，显著减少了加工时间、排放和能耗。在过去的12个月里，IGM研究了固化机制，以及不同光引发剂组合对机械性能和工业适用性的影响。结果表明，通过优化光引发剂系统，UV和UV LED固化可以在极短的循环时间内实现与传统工艺相当的材料性能——使其不仅可行，而且在经济上对各种复合材料生产方法具有竞争力。
引言
紫外线固化正迅速成为纤维增强聚合物复合材料生产中传统冷固化和热固化方法的有效替代。通过用UV引发的光聚合反应取代过氧化物固化，制造商可以显著缩短加工时间、精确控制固化时机，并在热固化应用中降低能耗和排放，同时保持成品的机械性能。
复合材料应用中UV固化的优势
UV固化是通过紫外线辐射引发树脂体系中的聚合反应。这一过程可应用于多种复合材料制造工艺，包括：
- 湿法铺层
- 采用透紫外膜的真空灌注
- 纤维缠绕
- 预浸料加工
- 拉挤成型
- 手工铺层和开放模具工艺
- 原位固化管道（CIPP）
关键要求是紫外线必须能够到达树脂——直接或通过透明屏障。常见的紫外光源包括汞弧灯和LED阵列。由于波长较长，LED灯特别适合固化较厚的增强复合材料层。
| 冷固化 | 热固化 | UV固化 | |
|---|---|---|---|
| 固化时间 | 数小时 | 分钟至数小时 | ✓ 秒至分钟 |
| 按需固化 | 不可实现 | 有限 | ✓ 完全控制 |
| 可操作时间 | 数小时 | 数小时 | ✓ 无限可操作时间 |
| 树脂浪费 | 约5–10% | < 5% | ✓ 可再利用 |
| 开放模具中苯乙烯排放 | 高 | 中 | ✓ 低（快速固化） |
| 夹层结构 | 可行 | 有限（温度限制） | ✓ 可通过混合固化实现 |
| 固化设备 | 无需或少量设备 | 加热室、烤箱、加热模具 | ✓ UV/LED设备 |
| 投资需求 | 低 | 高 | ✓ 中等 |
| 能耗 | 低 | 高 | ✓ 中等 |
目标与方法
UV可固化体系依赖光引发剂吸收紫外光并产生活性物质以启动聚合反应。主要固化机制包括：
- 自由基聚合（如丙烯酸体系、苯乙烯体系）
- 阳离子聚合（如环氧体系）
UV固化复合材料中自由基聚合的常见挑战包括：
- 厚增强层中的完全固化
- 与过氧化物固化复合材料相同的机械性能
- 表面氧阻聚
- 复杂三维形状的光分布
IGM的研究目标是利用在印刷包装和工业涂料方面的专业知识，探讨不同光引发剂组合对自由基固化体系中固化深度、机械性能和氧阻聚的影响。
选定用于测试的工业参考树脂包括：
- ISO NPG树脂
- 乙烯基酯树脂
- 无苯乙烯VE树脂
测试方法包括：
- 纯树脂铸件（4mm）用于机械性能和巴氏硬度验证
- 真空灌注制备的层压板（约4mm）用于ILSS值测试
- 最大15mm深度的固化深度测试
结果与结论
只要有足够的光能到达表面，就可以用光引发剂（或光引发剂组合）代替 MEKP 或 BPO 等过氧化物，并通过 UV LED 固化获得与过氧化物固化复合材料相当的机械性能。
同时也证实了混合固化（即 UV 固化与热固化或冷固化的组合）是可行的，并能达到与单纯过氧化物固化类似的机械性能。在配方中添加光引发剂、过氧化物和促进剂时必须谨慎测试，尤其是某些促进剂可能会影响光引发剂的性能。
IGM 可以通过专门的实验室服务，支持您为树脂体系和应用工艺选择合适的光引发剂。
已确认的 UV LED 固化优势：
- 固化速度快（纯树脂约 40 秒 vs 20 分钟）
- 按需固化，提供灵活且可控的生产过程
- UV 固化兼容多种不饱和聚酯（UP）树脂
- 通过合理选择光引发剂和光源，机械性能可与过氧化物固化体系相媲美
IGM Resins：引领 UV 固化创新
作为 UV 固化技术的领先专家，IGM Resins 拥有专注于复合材料应用的专业团队和实验室能力。我们的团队致力于优化光引发剂体系，以实现全深度固化并确保机械性能——让制造商能够在不牺牲机械性能的前提下，充分利用 UV 固化的速度与高效。
凭借强大的全球支持网络和对创新的持续承诺，IGM 正在推动下一代能源固化解决方案的发展，以满足复合材料行业不断变化的需求。
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