项目总结
CoCure是由不饱和聚酯树脂组成的四组分树脂体系, 聚氨酯, 异氰酸酯, 甲基乙基酮过氧化物引发剂. 该树脂体系是由Dr. 结构复合材料的Ronnal Reichard和Scott Lewit, 这是两人在墨尔本创立的一家研发公司, FL. 这种树脂系统有能力通过对它所含的三种聚合物之间的比例进行微小的改变来极大地改变其性能. 在光谱的一端, CoCure是一种强大的粘合剂,能够将铝粘合到复合材料上. 这使得金属,如铝,可以很容易地粘合到纤维增强聚合物(frp)上。, 创建金属混合复合材料. 在CoCure使用范围的另一端, 它具有作为凝胶涂层和模具涂层的能力. CoCure提供了比传统凝胶涂层更高的弹性, 导致更好的抗裂性和耐候性. CoCure在其应用中的多功能性已经引起了主导运输行业的公司的兴趣. 沃巴什国家, 北美最大的半挂车生产商, 在其冷藏拖车上采用了CoCure技术. 运输业的另一个巨头, 三一铁路, 北美最大的轨道车辆车队也在使用CoCure技术,因为他们正在向全钢轨道车辆的更轻替代品过渡,并转向复合材料. 这项技术的进一步用途是利用CoCure在船体上增强的抗裂性, 增加胶衣的使用寿命,从小型中控渔船一直到大型和昂贵的游艇.
尽管CoCure在复合材料行业的许多方面都比传统树脂系统具有所有这些优势, 它缺少一个主要方面, 工业应用方法. CoCure在其液态,未固化状态下是非常粘稠的,与空气和水反应. 这使得CoCure很难在现有的工业规模的树脂喷涂系统中使用. 结构复合材料公司的任务是设计和创建一种喷涂系统,该系统能够在不同粘度和化学混合物的CoCure基质上工作,几乎可以连续应用于工业应用. 开始这个过程, 首先需要合成不饱和聚酯树脂, 正式名称为聚(丙二醇马来酸邻苯二甲酸酯)-苯乙烯共聚物. 按质量和体积计算,这种聚合物构成了CoCure的每种组合的大部分. 这是通过丙二醇反应完成的, 顺丁烯二酸酐, 和邻苯二甲酸酐在190摄氏度的酯化反应器中. 水的分离, 未反应的碱成分发生在一串闪蒸容器和一个五段精馏塔中. 剩下99.5%纯不饱和聚酯树脂用于CoCure的最终生产和喷涂.
从合成和分离的过程, 不饱和聚酯树脂与聚氨酯混合,放在氮气毯下. 这样做是因为异氰酸酯与空气的反应性非常强,这是CoCure之前尝试创建喷雾系统时遇到的主要问题之一. 一旦聚氨酯和聚酯树脂混合并且没有空气, 它们与异氰酸酯混合并加热到100华氏度的温度. 这样做是为了解决在开发该喷雾系统的先前迭代时的另一个主要问题, 各组分的粘度随温度的变化而变化. 通过控制过程的温度, 它将允许泵送的每个组件更精确的喷雾喷嘴. 最后, 在系统的喷嘴处, 启动固化过程的引发剂, 过氧化甲乙酮(MEKP925H), 添加. 从那里,CoCure从系统中喷射出来,开始放热反应并开始固化.
项目目标
该项目的目标是为四组分树脂喷涂系统设计新的泵送和混合方法,该系统可以处理每种CoCure配置所需的不同粘度和流量.
制造设计方法
从以前的CoCure喷雾系统的迭代构建, 看泵送, 混合, 以及每把枪引发的问题, 该项目旨在解决在Little Falls的Wabash制造工厂中发现的CoCure成分问题, 明尼苏达州. 该项目使用Aspen Plus来模拟不饱和聚酯树脂的合成以及最终CoCure系统中每个组分的混合.
规范
该喷雾系统应能够24小时不间断运行, 一年350天, 在聚酯树脂的水平之间保持严格的比例, 聚氨酯, 和异氰酸酯, 误差精确到1克以内.
分析
对用液压油代替实际树脂的磁耦合伺服电机泵的精度进行了分析. 利用Aspen Plus模拟了喷雾系统的混合方法和不饱和聚酯树脂的合成.
未来的工作
未来的团队将继续开发物理喷雾系统, 根据在Aspen Plus模拟过程中获得的发现以及在磁耦合伺服电机泵上运行的测试结果进行构建.
制造设计方法
从以前的CoCure喷雾系统的迭代构建, 看泵送, 混合, 以及每把枪引发的问题, 该项目旨在解决在Little Falls的Wabash制造工厂中发现的CoCure成分问题, 明尼苏达州. 该项目使用Aspen Plus来模拟不饱和聚酯树脂的合成以及最终CoCure系统中每个组分的混合.