关键词:工程塑料、环氧树脂、胶黏剂、性能一致性、热分析、DSC、TGA
中国新材料的蝶变
随着“十四五”原材料工业发展规划将工程塑料、高端环氧树脂和电子级胶黏剂等列为“补短板”战略产品,以及在工信部《新产业标准化领航工程》配套亿元级研发补贴的强劲东风下,降本增效已不再是口号。近五年间,工程塑料进口依存度从42%降至28%,结构性胶黏剂从18%降到12%,环氧树脂更是跌破10%,一条政策与产业共振的新质生产力赛道正在全线打通。[1-3]
材料性能一致性验证的意义
在工程塑料、环氧树脂与结构性胶黏剂加速替代进口的当下,“性能一致性验证”已从实验室的技术动作升级为整个产业链的“安全阀”。
工信部《重点新材料首批次应用示范指导目录(2024年版)》的配套实施细则中要求:关键装备二级以上供应商在首次选用国产新材料时,必须出具由具备资质的第三方检测机构签发的性能一致性验证报告。
对中游(改性及制品企业)和下游(整车、风电叶片、动力电池、半导体封装等终端厂)而言,性能一致性验证具有以下四个维度的意义:
质量门槛:
一致性报告成为下游的批量采购通行证,把新中国新材料从“能用”升格为“敢用”,将“可选”变为“首 选”。
工艺窗口:
一致性数据直接映射到下游工艺窗口,避免“每换一次料就调一次机”带来的产能损失。
供应链韧性:
一致性验证数据作为供应链的质量溯源“护 照”,可随时应对主机厂、航运保险、出口认证的随机抽查。
风险防火墙:
一致性验证是“早期预警系统”,将质量、法规、品牌风险前移,避免成倍的后期召回成本,从源头降低风险。
在中国新材料蓬勃发展的今天,性能一致性验证已不再是可选项。把“成本优势”升级为“质量可信、工艺可控、风险可防”,才能真正使中国新材料具备全生命周期竞争力。
材料性能一致性验证案例
尼龙66(PA66)是由己二酸和己二胺缩聚而成的热塑性工程塑料,兼具高强度、耐磨、耐高温及自润滑性。其分子链含酰胺键,结晶度高,力学性能优异。主要应用于汽车、电子、机械部件及合成纤维领域,国产化技术突破(己二腈自主生产)推动成本下降,未来在新能源、生物基材料和循环经济方向前景广阔。
通过评估在尼龙66齿轮中添加不同比例回收材料对其热性能的影响,可验证原材料是否掺杂以次充好的回收原料,以确保来料经过改性加工后的最终产品性能。
实验方法:
样品制备:
齿轮部件样品由高分子量尼龙66(95%)和尼龙6(5%)混合注射成型,试样包括0%、10%、20%、36%和100%回收材料比例。
实验设备:
沃特世-TA仪器热分析仪
Discovery DSC系列差示扫描量热仪
Discovery TGA系列热重分析仪
TGA实验条件:
氮气气氛
10℃/min升温速率
温度范围:室温到1000℃
DSC实验条件:
氮气气氛
10℃/min升温速率
温度范围:-50℃到320℃
调制DSC(MDSC)实验条件:
60s调制周期
±1℃振幅
3℃/min升温速率
热重分析(TGA)结果:
图1:热重质量损失曲线与微分曲线
热稳定性:回收材料比例为36%时,试验热稳定性略有下降; 比例上升至100%,试验热稳定性显著下降。
差示扫描量热分析(DSC)结果:
图2:齿轮样品的第一次升温曲线叠加图
表1:齿轮样品的第一次升温DSC数据
Tg:玻璃化转变温度
ΔCp:比热容变化量
Tm :熔点
ΔHf:熔融焓
第一次升温:玻璃化转变温度(Tg)和非晶相含量变化较大,可能与加工条件有关;熔融温度(Tm)和熔融焓(ΔHf)无明显变化。
图3:齿轮样品的第二次升温曲线叠加图
第二次升温:样品的热性能趋于一致,非晶相含量变化较小(非晶相含量可以通过Tg转变过程的ΔCp计算得到),表明加工效应在第一次升温中被消除;结晶温度和结晶焓无明显变化。
调制DSC(MDSC)结果:
图4:玻璃化转变过程中伴随的热焓松弛回复
表2:齿轮和颗粒样品的MDSC实验结果
能量量化:使用MDSC可以定量计算热焓松弛的能量,结果表明100%回收材料样品的热焓松弛能量显著高于其他样品。
结论:
热稳定性:
添加回收材料至36%时,尼龙66齿轮试样的热稳定性略有下降;这个比例上升至100%时,试样的热稳定性显著下降。
热转变性能:
回收材料比例增加对结晶性和熔融温度无明显影响,但玻璃化转变温度和非晶相含量在第一次升温中有显著变化。
热焓松弛:
回收材料比例增加导致热焓松弛现象加剧,这可能影响材料的物理性能,需要进一步通过物理性能测试验证。
结语
材料行业的新质生产力发展不是简单的成本竞争,而是全生命周期质量体系的升级。
从1960年代推出世界首台商用差示扫描量热仪开始,热分析技术始终刻在TA仪器的基因里。时至今日,我们以不断迭代的专利技术和创新解决方案,让“降本增效”从口号变成可验证、可追溯、可量化的底气。
进入中国20余年,我们始终将“立足中国,服务中国”的使命融入每一个产品和每一次服务。未来,TA仪器将继续以领跑者的姿态,用前沿的热分析表征技术嫁接到中国产业链的每一次升级节点,用科学的刻度,丈量中国新材料走向世界的每一步。
如需了解更多TA仪器热分析产品的详细信息和应用案例,欢迎您告诉我们您的需求,我们将第一时间为您服务。
参考资料
1.
快慢思考. (2025, July 19). 聚醚醚酮(PEEK)行业深度分析报告:发展现状、市场空间、监管法规、主要企业. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg5MDkwMTgzNQ==&mid=2247498859&idx=6&sn=e12a2f6252f59f75ef684409c2f38f4a&poc_token=HAUdkmijsqOoqHvRECH0JQdjTPI4nP1NwOQ_rcpy
2.
2025年中国结构胶粘剂行业供需现状及前景展望:绿化、环保、高性能是必然趋势「图」_华经情报网_华经产业研究院. (n.d.). https://www.huaon.com/channel/trend/1090963.html
3.
环氧树脂网. (2024, December 6). 2024年国内环氧树脂市场演变特点分析. 中国环氧树脂网. https://epoxy-e.com/html/article/202412/7414.html
致谢
本文由的丁纯洁撰写,郭艳霜、付齐提供数据信息并校对。
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