TBPB在SMC材料中的作用机制研究

1. 引言

片状模塑料（Sheet Molding Compound, SMC）是一种纤维增强热固性复合材料，广泛应用于汽车、建筑、电气等领域。其固化过程依赖引发剂分解产生的自由基反应，而过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）作为高效高温引发剂，在SMC的成型工艺中扮演关键角色。本文系统分析TBPB的化学特性、作用原理及对SMC性能的影响。

2. TBPB的化学特性与引发机制

2.1 结构与热分解特性

TBPB（分子式：( \text{C}{11}\text{H}{14}\text{O}_3 )）是一种有机过氧化物，其分子中的过氧键（−O−O−）在加热至80–120℃时均裂生成苯甲酰氧自由基和叔丁氧自由基。该分解反应可表示为：

[ \text{C}_6\text{H}_5\text{CO-O-O-C}(\text{CH}_3)_3 \xrightarrow{\Delta} \text{C}_6\text{H}_5\text{CO-O}^\cdot + ^\cdot\text{O-C}(\text{CH}_3)_3 ]

2.2 高温引发优势

相比低温引发剂（如BPO），TBPB的较高分解温度使其更适合SMC的高温模压工艺（通常130–160℃），可避免过早凝胶化，确保树脂均匀流动填充纤维间隙。

3. TBPB在SMC固化中的作用

3.1 自由基聚合的触发

TBPB分解产生的自由基攻击不饱和聚酯树脂（UPR）中的碳碳双键，引发链式反应，形成三维交联网络。这一过程直接影响SMC的固化速率和终力学性能。

3.2 工艺适配性

延迟固化特性：TBPB的分解温度与SMC模压温度匹配，避免因过早反应导致制品缺陷（如气泡、裂纹）。

厚壁制品适用性：高温分解特性使其适用于厚壁部件的深层固化，减少内应力。

4. TBPB对SMC性能的影响

4.1 物理机械性能

拉伸强度与模量：通过优化TBPB添加量（通常0.5–2.0%），可提升树脂基体的交联密度，增强纤维-基体界面结合力。

耐热性：TBPB引发的交联结构可提高SMC的热变形温度（HDT）。

4.2 工艺稳定性

低挥发分：TBPB分解产物为气体（如二氧化碳和），残留少，减少制品孔隙率。

储存稳定性：SMC预浸料在室温下可稳定储存数周，TBPB不易自发分解。

5. 应用案例与行业实践

5.1 汽车部件制造

在汽车电池壳体、门板等部件中，TBPB引发的SMC材料展现出高尺寸稳定性和抗冲击性。

5.2 电气绝缘材料

因其低介电损耗特性，TBPB固化的SMC用于断路器外壳等高压绝缘部件。

6. 展望

TBPB作为高温引发剂，通过控制SMC的固化动力学，显著提升材料性能和工艺效率。未来研究可聚焦于其与新型树脂体系的兼容性，以及绿色化改性（如降低分解残留）。