本發(fā)明屬于環(huán)氧樹脂材料，尤其涉及一種模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、環(huán)氧樹脂，因其出色的機(jī)械性能、粘接力以及化學(xué)穩(wěn)定性，已被廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)領(lǐng)域，包括精密模具制造、高性能涂層、航空航天部件以及電子封裝等。盡管環(huán)氧樹脂在許多方面表現(xiàn)優(yōu)異，但其固有的脆性以及在面對意外沖擊或過載操作時缺乏有效損傷預(yù)警機(jī)制，限制了其在高風(fēng)險應(yīng)用場景下的使用。

2、在工業(yè)生產(chǎn)和日常應(yīng)用中，模具通常需要承受重復(fù)的機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境挑戰(zhàn)，如高溫和化學(xué)腐蝕等。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂模具在損傷初期難以被檢測到，當(dāng)可見損傷發(fā)生時，通常已對生產(chǎn)流程或產(chǎn)品質(zhì)量造成不可逆損害。因此，開發(fā)一種具有自我指示損傷的環(huán)氧樹脂模具是非常必要的，它可以在損傷發(fā)生的初期階段提供明顯的視覺或其他感知信號，從而允許及時的維護(hù)或更換，極大地提高設(shè)備的運行安全性和經(jīng)濟(jì)效率。

3、此外，隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，對模具的要求也在不斷升級。高性能模具不僅需要有優(yōu)異的機(jī)械和熱性能，還應(yīng)具備高度的可靠性和預(yù)測性。在航空航天、高速運輸及精密電子等領(lǐng)域，環(huán)氧樹脂模具的損傷預(yù)警功能顯著提升整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，但這是采用傳統(tǒng)材料難以實現(xiàn)的。

4、因此，非常迫切開發(fā)一種新的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料，使之能在受到損傷時通過顏色的改變迅速反饋，可以實現(xiàn)損傷的早期檢測，而采用這種材料制備的環(huán)氧樹脂模具也將填補(bǔ)傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂模具在安全預(yù)警方面的空白。

5、綜上，非常有必要提供一種模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料及其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的一個或者多個技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明能顯著提高模具用材料的受力顯色效果和加強(qiáng)熒光開啟響應(yīng)，適用于損傷檢測和/或損傷預(yù)警，且能提高材料的彎曲強(qiáng)度和硬度。

2、本發(fā)明在第一方面提供了一種模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料，所述模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料包含力致變色環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑、促進(jìn)劑和水相填料；所述力致變色環(huán)氧樹脂的制備包括如下步驟：

3、(1)用無水乙醇將羅丹明6g與乙二胺混合均勻后進(jìn)行回流反應(yīng)，再經(jīng)過濾、洗滌與干燥，得到改性羅丹明；

4、(2)將改性羅丹明與環(huán)氧樹脂混合均勻后在130～180℃處理2～4h，得到羅丹明改性環(huán)氧樹脂；

5、(3)將羅丹明改性環(huán)氧樹脂和固化劑混合均勻，得到第一混合料，然后往第一混合料中加入納米氧化鋁并混合均勻，得到第二混合料，然后將第二混合料在60～100℃下攪拌處理，得到粘度為40000～45000cps的力致變色環(huán)氧樹脂。

6、優(yōu)選地，所述羅丹明6g與所述乙二胺的摩爾比為1：(3.5～4.5)；所述無水乙醇與所述羅丹明6g的質(zhì)量比為(10～15)：1；和/或所述回流反應(yīng)的溫度為70～90℃，所述回流反應(yīng)的時間為18～30h。

7、優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹脂為雙酚a型環(huán)氧樹脂；和/或所述改性羅丹明與所述環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為1：(15～25)。

8、優(yōu)選地，在步驟(3)中：所述固化劑為酸酐類固化劑和/或胺類固化劑；所述羅丹明改性環(huán)氧樹脂和固化劑的質(zhì)量比為100：(20～40)：(1～5)；和/或所述第一混合料與所述納米氧化鋁的質(zhì)量比為100：(20～70)。

9、優(yōu)選地，所述攪拌處理的攪拌轉(zhuǎn)速為100～400r/min。

10、優(yōu)選地，所述模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料還包含雙酚f型環(huán)氧樹脂，所述力致變色環(huán)氧樹脂與所述雙酚f型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為10：(2～8)；所述力致變色環(huán)氧樹脂、所述聚酰胺固化劑、所述促進(jìn)劑與所述水相填料的質(zhì)量比為10：(3～8)：(0.5～1.5)：(50～80)；和/或所述水相填料包含質(zhì)量比為(15～25)：(5～15)：(5～15)：(20～30)的親水型氣相二氧化硅、沉淀法白炭黑、納米二氧化鈦和水。

11、優(yōu)選地，所述聚酰胺固化劑為聚酰胺環(huán)氧固化劑5140和/或聚酰胺環(huán)氧固化劑2636；和/或所述促進(jìn)劑為2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

12、本發(fā)明在第二方面提供了本發(fā)明在第一方面所述的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

13、(a)用水將親水型氣相二氧化硅、沉淀法白炭黑和納米二氧化鈦混合均勻，得到水相填料；

14、(b)將力致變色環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑和促進(jìn)劑混合均勻，然后加入水相填料并混合均勻，得到模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料。

15、優(yōu)選地，在步驟(b)中，還加入有雙酚f型環(huán)氧樹脂。

16、本發(fā)明在第三方面提供了本發(fā)明在第一方面所述的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料或由本發(fā)明在第二方面所述的制備方法制得的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料在制備用于損傷檢測和/或損傷預(yù)警的環(huán)氧樹脂模具中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有如下的有益效果：

18、(1)本發(fā)明提供了一種用于損傷檢測和/或損傷預(yù)警的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料，本發(fā)明通過引入力致變色環(huán)氧樹脂，實現(xiàn)了對力學(xué)應(yīng)力的直觀響應(yīng)，增強(qiáng)了損傷可視化能力，使損傷在早期即可通過顏色變化進(jìn)行直接可視化，從而及時警示操作人員或自動監(jiān)測系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂模具在實際應(yīng)用中，尤其是在承受重復(fù)負(fù)載或暴露于惡劣環(huán)境下，其微小裂紋或損傷往往難以肉眼直接觀察的問題；本發(fā)明在不影響環(huán)氧樹脂本身機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性的前提下，通過優(yōu)化羅丹明與環(huán)氧樹脂的結(jié)合方式使得引入的力致變色環(huán)氧樹脂能夠?qū)崿F(xiàn)高度可逆的色變效果，引入的力致變色環(huán)氧樹脂在反復(fù)受力后仍能保持良好的顏色變化特性，能夠保證制備的環(huán)氧樹脂模具在長期使用中的實用性。

19、(2)本發(fā)明模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料包含的力致變色環(huán)氧樹脂是一種羅丹明力致變色力敏團(tuán)改性的環(huán)氧樹脂與納米氧化鋁結(jié)合的復(fù)合材料，是一種顯色及熒光響應(yīng)更明顯的機(jī)械力響應(yīng)復(fù)合材料，通過羅丹明力敏團(tuán)改性與加入納米氧化鋁相結(jié)合的方式能顯著提高受力顯色效果和加強(qiáng)熒光開啟響應(yīng)而又不犧牲其機(jī)械性能，不僅提高了環(huán)氧樹脂模具對于微小應(yīng)力變化的敏感性，還能通過顏色變化的范圍和深度更精確地評估損傷的程度和潛在風(fēng)險，提高了損失檢測的精確性和靈敏度，而常規(guī)僅混合有羅丹明的環(huán)氧樹脂常常存在響應(yīng)延遲或不足夠靈敏的問題；本發(fā)明中的力致變色環(huán)氧樹脂不僅改善了羅丹明改性環(huán)氧樹脂的受力后顯色效果，還保持了優(yōu)良的機(jī)械性能，保證了本發(fā)明中的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料在極端條件下的穩(wěn)定性，能夠避免環(huán)境因素影響其變色性能和機(jī)械強(qiáng)度；本發(fā)明能夠顯著提升制備的環(huán)氧樹脂模具在工業(yè)應(yīng)用中的安全性、可靠性和維護(hù)效率，為用戶和制造商帶來實質(zhì)性的益處。

20、(3)本發(fā)明中的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料包含的力致變色環(huán)氧樹脂中復(fù)合有羅丹明改性環(huán)氧樹脂和納米氧化鋁，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，這兩者并不是單獨作用的，羅丹明改性環(huán)氧樹脂相比常規(guī)環(huán)氧樹脂能夠提高納米氧化鋁的分散均勻性，能夠有效防止納米氧化鋁沉降；而納米氧化鋁的加入則可以有效提高羅丹明改性環(huán)氧樹脂的受力顯色效果，這是本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)的；雖然現(xiàn)有技術(shù)中有往環(huán)氧樹脂中填充氧化鋁來提高環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)、介電常數(shù)和耐候性等，但從未報道納米氧化鋁能夠?qū)α_丹明改性環(huán)氧樹脂的受力變色情況及熒光開啟響應(yīng)起到促進(jìn)作用。

21、(4)本發(fā)明為了進(jìn)一步解決力致變色環(huán)氧樹脂材料中的氧化鋁顆粒沉降明顯的問題，本發(fā)明在制備力致變色環(huán)氧樹脂的過程中，通過對第二混合料進(jìn)行攪拌處理，得到粘度控制在40000～45000cps的力致變色環(huán)氧樹脂，優(yōu)化了后續(xù)力致變色環(huán)氧樹脂的固化工藝，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，通過使力致變色環(huán)氧樹脂的粘度控制在40000～45000cps，有效增加了納米氧化鋁顆粒沉降的粘滯阻力，在不改變力致變色環(huán)氧樹脂成分的基礎(chǔ)上，經(jīng)過這一攪拌處理預(yù)交聯(lián)操作，明顯增強(qiáng)了羅丹明改性環(huán)氧樹脂與納米氧化鋁的界面結(jié)合度，明顯提高了納米氧化鋁在羅丹明改性環(huán)氧樹脂中的分散性和均勻性，能夠有效解決納米氧化鋁填料沉降的問題，由于制備了沉降率更低、材質(zhì)更加均勻的力致變色環(huán)氧樹脂，從而也有效保證了最終制備的模具用力致變色環(huán)氧樹脂材料性能的均一性，從而也有利于提高其力致變色特性以及力學(xué)性能。