熱固的案例
什么是熱固性塑料？
一旦反應完全，聚合物分子鍵結形成三維的網狀結構，這些交聯的鍵結將會阻止分子鏈之間的滑動，結果，熱固性塑料就變成了不熔化、不溶解的固體。
假如沒有發生裂解，即使加了熱也不能將它再軟化或再加工。熱固性塑料的性質可以想象成煮熟的蛋，蛋黃從液體變成固體，卻無法再轉變為液體。
熱固性塑料通常以液態的單體—聚合物混合料，或部份聚合的成形復合物販 賣。從尚未固化的狀態將熱固性塑料注入模穴，于加壓或未加壓條件下，以加熱或以化學混合物催化聚合以定形。
熱固性塑料通常添加礦物質、石灰、玻纖等填充料或強化物質以增強性質，例如收縮量的控制、耐化學性、防震性、絕緣性、隔熱性或降低成本。其結構之網目愈細，耐熱性和耐化學性也愈佳。環氧樹脂[f1]、酚醛樹脂都是常見的熱固性塑料。熱固性塑料經常應用于IC等產品。
展開 什么是熱固性塑料
熱固性塑料通常以液態的單體—聚合物混合料，或部份聚合的成形復合物販賣。從尚未固化的狀態將熱固性塑料注入模穴，于加壓或未加壓條件下，以加熱或以化學混合物催化聚合以定形。熱固性塑料通常添加礦物質、石灰、玻纖等填充料或強化物質以增強性質，例如收縮量的控制、耐化學性、防震性、絕緣性、隔熱性或降低成本。其結構之網目愈細，耐熱性和耐化學性也愈佳。環氧樹脂[f1]、酚醛樹脂都是常見的熱固性塑料。熱固性塑料經常應用于IC等產品。后面將會以圖表形式提供樹脂供貨商所建議的熔膠與模具之建議溫度值。
食鹽在熱固性材料3D打印中的妙用
熱固性材料由于其出色的力學性能、熱穩定性和耐化學性被廣泛地應用于航空航天、汽車、船舶和能源等各種產業中。然而熱固性材料的加工成型相對困難，大大限制了其應用。3D打印技術是近年來新興的先進加工手段，因其可快速高效地制造精細復雜的立體結構，方便個性化定制的特點，在諸多領域均展示出了良好的應用前景。如果能夠3D打印熱固性材料必將大大擴寬其應用。但是大多數熱固性材料的成型都需要一個較長的交聯過程，難以匹配3D打印連續化的制造方式。因此目前熱固性材料的3D打印主要限于光敏樹脂，對于大多數的熱固性材料尚不能進行有效的3D打印。
▲3D打印熱固性材料策略的設計理念及多樣化應用
東華大學纖維材料改性重點國家實驗室的游正偉教授團隊提出了一種新穎的策略，有效地解決了這一難題。相關成果以《一種3D打印熱固性材料的通用策略及其多樣化應用》(“A general strategy of 3D printing thermosets for diverse applications”)為題，發表于材料學領域著名學術期刊《Materials Horizons》。
該策略的核心是大家再熟悉不過的鹽，他們巧妙地將鹽粒和熱固性材料預聚物結合為復合打印墨水。在打印過程中鹽粒起到增稠劑的作用，保證順利打印成型；同時在熱固化過程中，鹽粒起到增強劑的作用，實現打印的三維立體結構在高溫高真空交聯過程中保形；固化成型后，鹽粒可以方便地被水溶解除去，從而又作為致孔劑獲得了多孔的結構。該策略具有良好的通用性，可以實現多種熱固性材料例如交聯聚酯、聚氨酯、環氧樹脂的直接擠出式3D打印，打印出來的結構還具有常規3D打印難以獲得的微孔。
以熱固性彈性體為例，開展了應用研究。利用打印彈性體對溶劑的大尺寸溶脹效應和微孔結構高效吸附與解吸作用，構建了可反復循環響應的氣體傳感器。
展開 寧波材料所在生物基易回收熱固性樹脂領域取得進展
熱固性樹脂具有優異的機械性能、熱學性能、尺寸穩定性、加工性能以及化學穩定性等，在電子封裝材料、復合材料、膠粘劑及涂料等領域都具有廣泛應用。然而由于高度化學交聯的三維網絡，熱固性樹脂很難回收，同時也影響了其下游產品包括碳纖維復合材料、電子產品等的回收。針對這個問題，馬松琪研究員等人近年來做了大量工作，他們通過分子設計，在熱固性樹脂的分子結構中引入可控降解結構和可逆共價鍵結構，以實現樹脂的易回收性，取得了系列進展（Prog. Polym. Sci., 76, 65-110, 2018；ACS Sustain. Chem. Eng.,5(6): 4683-4689, 2017；Macromolecules, 49(10), 3780–3788, 2016；Macromolecules, 48(19), 7127–7137, 2015）。
近日，寧波材料所馬松琪研究員等人以原料豐富、可持續的木質素衍生物香草醛為原料，合成了一種生物基三醛基單體，進而通過與二胺單體之間的席夫堿反應制備了系列希夫堿熱固性樹脂TFMP-M、TFMP-P、TFMP-H（如圖1）。由于希夫堿鍵的存在，該類熱固性樹脂展現出了優異的熱延展性，在180℃熱壓下，10分鐘內就可重新加工成型回收（如圖2），并且在重塑后，基主體化學結構能夠保持，力學性能沒有明顯的下降；同時可在溫和酸性條件下水解，實現了熱固性樹脂的降解以及單體的回收（如圖3）。同時該希夫堿熱固性樹脂解決了已報道的可延展性熱固性樹脂熱學、力學性能低的問題，玻璃化轉變溫度達～178℃，拉伸強度達～69MPa，拉伸模量達～1925MPa。并且在結構中引入了有機磷結構，解決了熱固性樹脂易燃的問題，所得希夫堿熱固性樹脂具有優異的阻燃性，垂直燃燒試驗達到了V-0和V-1級別，有限氧指數在30%附近。
展開 
Moldex3D模流分析之德國開姆尼茨工業大學 以Moldex3D研究熱固性射出成型的壁滑移現象
大綱
熱固性塑料在射出制程中的流動行為，過去未能獲得充分解釋。因此在充填階段，熱固性塑料和產品壁面之間是否存在壁滑移現象，仍是未知。本研究將介紹開姆尼茨工業大學的學生如何透過Moldex3D開發有效的方法，來預測充填階段高分子聚合物的壁滑移現象。并進一步產出可直接輸入Moldex3D材料庫的材料數據表，以仿真熱固性塑料射出成型制程的壁滑移邊界條件。
挑戰
探討熱固性塑料在充填時的壁滑移現象
創建材料數據，以執行熱固性塑料模擬
預測多種加熱速度下的流變和反應動力學的主曲線
解決方案
首先該團隊進行不同射出制程的實驗研究，發現酚醛聚合物和模具壁的交界面有嚴重的滑移，這是熱塑性材料不會出現的狀況。第二步，成功測量出熱固性射出成型復合物的流變和熱性質。第三步，該團隊以數值方法建立材料數據表，并預測在多種加熱速度下的黏性和硬化動力學主曲線，最后，該團隊將數據表輸入至Moldex3D的材料庫，以探究在考慮滑移邊界條件之下，射出成型制程的模擬結果。而實驗結果也顯示，熱固性塑料和模腔表面的交界面上有嚴重的滑移。
效益
驗證熱固性塑料射出成型中壁滑移現象的影響
比較熱固性和熱塑性材料的流動行為
創建了反映射出成型仿真的材料數據表
案例研究
開姆尼茨工業大學研究員Tran-Ngoc Tu博士欲研究熱固性材料(Vyncolit X655 PF-(GF+Mineral) 80%)在有壁滑移情型下的流動行為，并觀察充填過程中流動波前和膜腔壁表面之間的現象，結果顯示熱固性塑料有不穩定的流動波前(圖一)。
展開 【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用實例
工程實例-1：流水驅動水車水輪運動的工作機理仿真
雙向流固
耦合計算
1、雙向流固耦合簡介
2、雙向流固耦合原理
3、雙向流固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、流場計算設置
6、固體計算設置
7、流固系統耦合器設置
8、后處理技術
工程案例-1：圓柱的渦激振動模擬
工程案例-2：血液和血管壁相互作用的流固耦合計算
雙向耦合計算收斂性探討與確保收斂的絕招
1、雙向耦合難收斂（原因）
2、多管齊下促收斂（方法）
3、絕招一出必收斂（絕招）
工程案例-1：列車制動過程中油罐與汽油相互作用的雙向瞬態流固耦合計算
工程案例-2：發電風車（風機）的雙向流固耦合計算
結構氣動
彈性計算
1、結構氣動彈性的概念
2、常見結構氣動彈性問題
3、結構氣動彈性計算原理
4、結構氣動彈性計算的實現方法與設置技巧
工程案例-1：美國Tacoma大橋主梁風毀的顫振過程仿真
工程案例-1：飛機機翼的顫振計算
流-熱-固
耦合計算
1、單向流熱固耦合簡介
2、單向流熱固耦合分析系統
3、單向流熱固耦合計算模型與網格
4、單向流熱固耦合中流場計算設置技巧
5、單向流熱固耦合中傳熱計算設置技巧
6、單向流熱固耦合中固體計算設置技巧
7、雙向流熱固耦合簡介
8、雙向流熱固耦合分析系統
9、流熱固耦合計算后處理技術
工程案例-1：T型管道流熱固耦合計算
流熱固耦合系統的優化設計
1、優化設計簡介
2、優化設計三要素
3、ANSYS Workbench優化方法詳解
4、優化計算設置與操作技巧
工程案例-1：流固耦合系統中結構的氣動外形優化設計
展開 中科院寧波材料所劉小青課題組JPS綜述：生物基熱固性樹脂研究進展
因此，生物基熱固性樹脂應在整個合成和使用過程中貫串綠色化學原理，追求更高效、低毒、可持續的合成方法，確保高性能或多功能性的同時提高使用壽命。
論文信息：
Recent development on bio-based thermosetting resins Jingkai Liu, Liyue Zhang, Wuliuyi Shun, Jinyue Dai, Yunyan Peng, Xiaoqing Liu* Journal of Polymer Science，DOI：10.1002/pol.20210328
https://doi.org/10.1002/pol.20210328
相關進展
中科院寧波材料所馬松琪研究員團隊在生物基易回收熱固性樹脂方面取得進展
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中科院蘭州化物所王齊華研究員團隊實現熱固性形狀記憶聚酰亞胺的閉環回收利用
中物院化材所陳茂課題組在自修復可拆解的熱固性高分子及其纖維復材方向取得新進展
高分子科技原創文章。
展開 東華大學游正偉教授團隊AFM：實現熱固性彈性體室溫下可控溶解回收
熱固性聚合物由于其良好的力學和熱學等性能，被大量地應用于柔性電子，而傳統的熱固性材料的分離回收通常需要化學處理等苛刻條件破壞聚合物的分子結構，回收過程復雜，回收材料的性能不穩定。如何實現柔性電子器件的高效回收仍是目前亟需解決的一大難題。據此，東華大學游正偉教授團隊設計開發了首個室溫下可控溶解回收的熱固性彈性體，并展示了其在可回收柔性電子器件領域的應用。
作者通過對彈性體基底材料的分子結構進行設計，調控DA交聯單元的可逆反應速率，制備了一種適用于柔性電子器件的新型熱固性聚氨酯彈性體（FPU），實現了熱固性材料在室溫下的可控溶解回收。該彈性體采用2,5-呋喃二甲醇和雙馬來酰亞胺反應得到的DA加成結構作為交聯單元。該單元是一種解離交換型的動態共價結構，具有快速解離和緩慢結合的可逆反應特征。FPU在逆DA反應溫度（TrDA）以下工作時可以保持交聯狀態，保證材料的穩定性和耐用性。在TrDA加熱幾分鐘后FPU可以轉變為低交聯狀態，并可以在室溫下維持該狀態數小時，為材料的室溫溶解回收提供了時間窗口。
圖1. 動態雜化交聯彈性體FPU的設計
由氫鍵、二硫鍵和DA加成單元組成的雜化交聯網絡，賦予了彈性體材料優良的拉伸性、室溫自愈合、仿生力學和易加工性等適用于柔性電子器件的綜合性能。室溫下自愈合6小時，FPU可以恢復50%以上的拉伸斷裂強度，60℃下自愈合6小時則能恢復80%以上的拉伸斷裂強度。并且FPU表現出了良好的彈性和韌性，能夠耐受多次大程度拉伸變形。在100％的循環拉伸實驗中，材料放置5分鐘就能恢復其初始拉伸力學狀態。
圖2.
展開 SimSolid熱分析及熱固耦合案例講解 衡祖仿真
⑦查看結果：位移&應力
SimSolid中可以通過設置溫度、熱通量、體積熱和對流4種邊界條件設定熱分析場景，并且可以設定每個接觸面的傳熱屬性。在熱分析結束后，通過將前一步結果的溫度場，作為熱載荷施加到線性靜力分析當中，可以進行熱固耦合分析，以得到熱應力及其位移結果。
熱固性復合材料(SMC/BMC)在汽車行業應用
領導行業超過三十五年，IDI 與客戶緊密合作，為每個應用領域打造最優異的熱固性復合材料……
IDI國際復合材料公司，是模塑成型廠商和OEM加工廠定制熱固性復合材料的重要全球配方及制造商，為要求嚴格的汽車、機電、餐飲、能源和家用電器行業，提供客戶訂制的聚酯/乙烯基酯類團狀模塑料（BMC）和片狀模塑料（SMC）。IDI 高性能熱固性復合材料輕巧而強度極佳，比大多數金屬料有更優異的強度/重量比， 而且耐腐蝕，抗蠕變，比熱塑性工程產品有著更卓越的熱特性。公司擁有豐富研發資源，出眾的化學工程技術，制造工藝通過ISO認證的全面質量管理體系?！ DI國際復合材料公司總部和研發中心設在美國印第安納州諾布爾斯維爾市（Noblesville, IN, USA），占地約20,000 平方米，在國際熱固性復合材料市場占有重要席位。公司在歐洲、亞洲和美洲獨資經營多家制造工廠，支持日益增長的全球客戶群。(演講人：IDI國際復合材料有限公司 何善先生、茹敏良先生)
點擊查看附件：熱固性復合材料(SMC/BMC)在汽車行業應用
展開 什么是熱塑性塑料？和熱固性塑料有什么區別？（附性能表格）
這種材料稱為熱固性塑料。
熱固性塑料的樹脂固化前是線型或帶支鏈的，固化后分子鏈之間形成化學鍵，成為三度的網狀結構，不僅不能再熔觸，在溶劑中也不能溶解。
酚醛、服醛、三聚氰胺甲醛、環氧、不飽和聚酯、有機硅等塑料，都是熱固性塑料。
主要用于隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等在惡劣環境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料，最常用的應該是炒鍋鍋把手和高低壓電器。
熱塑性塑料性能與應用
材料名稱
特征
應用分類
應用情況
優點
缺點
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）
1. 力學性能和熱性能均好，硬度高，表面易鍍金屬
2. 耐疲勞和抗應力開裂、沖擊強度高
3. 耐酸堿等化學性腐蝕
4. 價格較低
5.
展開 
Moldex3D模流分析之熱固性材料與熱塑性材料的區別
Moldex3D解決方案透過真實的3D模擬技術，提供材料供貨商驗證及評估其材料在復雜制程中的各種行
熱塑性材料
聚合物的分子量是主要控制塑料機械性質的因素，較重的分子量將導致更多的鏈結纏繞，也因此提高了材料的機械性質。然后，因為其黏度上升，模具內的充填變得更加困難，也影響在成型階段塑料的可加工性。當塑料的機械性質超過了某個閥值后將趨于穩定。因此，如何找到尚未加工過的聚合物分子量范圍，是至關重要的一環。Moldex3D透過準確的材料數據幫助材料供貨商確認塑料成型過程中的行為，并進一步優化其配方。此外，許多添加劑如增塑劑、阻燃劑、熱穩定劑、光穩定劑及增強劑等等，也都會影響其成型及最后的產品性能。舉例來說，著色劑會對塑料的成型以及流動產生極大的影響，如老虎紋。藉由全新的Moldex3D模擬，實時的分析并回饋材料供貨商，對其材料配方進行優化有相當大的幫助。
熱固性材料
熱固性材料與熱塑性材料最大的區別是在熱環境之下的固化現象，熱固性材料在受熱后無法再加工。也因此成型期間的融膠流動也隨之改變。材料供貨商總希望優化其設計，并在黏度及固化程度間找到適當的平衡點，這對可加工性以及產品周期有著相當大的影響。針對熱固材料，Moldex3D透過分析塑料流動的行為(包含黏度變化及固化時間)，提供材料供貨商更高效率的解決方案來優化其配方并節約成本。此外，透過材料的特征來量化如固化所引發的體積收縮，并且此技術可以應用在改變化學制劑、仿真、產品設計以及各種成型條件上。
展開 【9月21-23日 北京 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓
各企事業單位：
流-熱-固多場耦合現象廣泛存在于工程產品中，覆蓋于各個行業的應用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設計和分析人員難以處理復雜的熱、結構、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統性培訓比較缺乏，本培訓基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結構設計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設了“流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓”課程。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結構和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養獨立工程結構的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；持本人學生證享有8.5折優惠。
展開 【9月21-23日 鄭州 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓
各企事業單位：
流-熱-固多場耦合現象廣泛存在于工程產品中，覆蓋于各個行業的應用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設計和分析人員難以處理復雜的熱、結構、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統性培訓比較缺乏，本培訓基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結構設計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設了“流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓”課程。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結構和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養獨立工程結構的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；持本人學生證享有8.5折優惠。
展開 熱固性酚醛樹脂的固化速度與性能
一階熱固性酚醛樹脂可以在加熱條件下固化，也可以在酸性條件下固化。
