夜光环氧树脂/玻璃纤维复合材料的研究

作者：湖南科技职业学院 刘西文 杨中文

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 将夜光剂添加到环氧树脂中，采用多层复合拉挤成型制得了夜光EP/GF复合材料。通过对复合材料夜光性能、耐水发光性能及力学性能的研究，结果表明：复合材料夜光剂的用量在10phr左右、表层厚度为0.10mm时，具有长余辉、耐水冲洗、黑夜白天交替的发光性能。 关键词：环氧树脂|玻璃纤维|多层复合|拉挤成型|辉度 环氧树脂/玻璃纤维复合材料（EP/GF）具有质量轻、 强度高、 模量大、 耐化学腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、工艺性好、生产效率高等特点，广泛应用于交通运输、建筑、化工、电器和基础设施等领域，如经拉挤成型制作各种型材，用于桥梁拉索、高速公路栅栏、舰用桅杆、电解槽内支架、轨道围栏和阳台扶手等；通过模压成型可制作防弹头盔、油缸缸筒、各种耐腐蚀、耐高温及耐压制品等。 目前国内外对发光塑料的研究有很多，发光塑料品种层出不穷，但对夜光EP/GF复合材料的研究还未见报道，本文作者将长余辉夜光剂添加到环氧树脂中，采用多层复合拉挤成型制得了夜光EP/GF复合材料，该材料除具有复合材料高强、耐腐等良好性能外，还具有长效、耐水的夜间发光性能，用作道路、桥梁栅栏、舰用桅杆以及交通标识材料等，在夜间有着良好的安全警示作用。 试验部分 主要原材料 树脂: 双酚A 型环氧树脂，WSR615，无锡蓝星石油化工有限责任公司； 固化剂: 4，4'二氨基二苯甲烷，湖北洪湖双马树脂厂； 玻璃纤维: 无捻玻璃纤维、玻璃纤维布；长沙玻璃纤维总厂； 表面处理剂：681，无锡蓝星石油化工有限责任公司； 夜光剂：KYD-7B-A，深圳市耀德兴科技有限公司； 二甲基硅油：蚌埠市鸿富有机硅有限公司。 主要试验设备与仪器 玻璃钢拉挤成型机：天津市邦尼玻璃钢科技有限公司； 亮度计: LX-100型，日本美能达公司； 照度仪: LX1010BS，苏州市华宇净化设备有限公司； 电子式万能试验机: WDS-100型,济南试验机制造厂。 复合材料的制备 ★ 夜光剂的包覆处理与树脂胶的制备 将夜光剂、二甲基硅油等按5∶3的比例配制，并在一定温度下充分混合均匀，使夜光剂颗粒表面形成硅油膜层。 将环氧树脂、固化剂、包覆处理夜光剂及其它助剂按比例混合，配制成夜光树脂浸渍胶。 将环氧树脂、固化剂、及其它助剂按比例混合，配制成无捻玻璃纤维纱及玻璃纤维布的树脂浸渍胶。 ★ 复合材料的制备过程 先将玻璃纤维布及无捻粗纱在120℃左右的温度下，充分干燥，再用表面处理剂对其表面进行处理，干燥后，将表面处理的无捻粗纱用作复合材料的内层材料。将玻璃纤维布在夜光树脂胶中充分浸渍，干燥后，用作复合材料的发光层材料。将玻璃纤维布在树脂胶中充分浸渍，干燥后，用作复合材料的表层材料。然后将内层、发光层、表层材料复合进入拉挤成型模具进行固化成型，经牵引、切割，即可得制品。其工艺流程如图1所示。 ★ 复合材料制备的主要工艺控制 拉挤成型模具温度：预热段120℃~125℃；胶凝段150℃~155℃；固化段180℃~185℃。 拉挤速度：100mm/min~120mm/min, 性能测试 ★ 夜光性能测试 高强度光激发的夜光性能：将标准样片置于暗处消光24h，用辉度仪测试辉度及余辉时间。 低强度光激发的夜光性能：将标准样片置于暗处消光48h，用照度为25lx的光照射15min，用辉度仪测试辉度及余辉时间。 ★ 力学性能测试 弯曲性能按GB/T1449-1983测试；拉伸性能按GB/T1447-1983测试；压缩性能按GB/T5258-1985测试；纵横剪切性能按GB/T3355-1982测试；拉伸剪切强度按 DHN1.015-240测试。 ★ 耐水发光性能测试 将试样置于高压水下冲刷48小时，置于暗处消光24h，用照度为1000 lx的光照射10min，用辉度仪测试辉度及余辉时间。 试验结果与讨论 夜光性能 ★ 夜光剂含量对复合材料发光性能的影响 将表层厚度为0.10mm复合材料试样放置在暗处消光后，分别用高强度光和低强度光进行激发，用辉度仪测量不同夜光剂含量复合材料的发光性能如表1所示。从表1可以看出,在复合材料中夜光剂含量越多，复合材料的初始发光强度和余辉值越高，但当加入量从10 phr增大至15phr以后，初始发光强度和余辉值的增大趋于减缓。这主要是由于复合材料的发光亮度是取决单位面积包含的发光剂的数量。当夜光剂含量增加时，单位面积包含的发光剂的数量也在增加；但夜光剂含量较高时，一部分发光剂颗粒会被周围的发光剂颗粒遮挡，不能有效的吸光和发光，因而不能都作为有效的发光体，故此时虽夜光剂含量增加，但材料中单位面积内包含的有效发光剂的数量增加并不大，因此过高的夜光剂含量对于增加有一定厚度的复合材料的发光强度来讲，意义并不大。从成本和亮度两方面综合考虑,复合材料中夜光剂的含量在10 phr左右最适宜。 ★ 激发光强度对复合材料发光性能的影响 从表1还可以看出，复合材料在低强度和高强度光的激发作用下，都有较好的发光性能，但激发光强度越高时，复合材料的辉度越大，这主要是由于在高强度光的作用下，夜光剂吸收的能量也越多，会使更多的基态电子激发到高能态，而从高能态回到激发态的电子越多时，发出光的辉度越大。但由于完全黑暗处人眼可见的余辉强度为0.32mcd.mm-2，从表1可以看出，夜光剂的含量为10 phr的复合材料即使在低强度光的激发下，经720 min后，辉度值仍有47 mcd.mm-2，说明该复合材料完全可作为黑夜白天交替的发光材料。 ★ 复合材料表层厚度对发光性能的影响 表2为不同表层厚度的复合材料在高强度光激发下，不同时间后的辉度值。从表2可以看出，复合材料表层厚度对其发光性能有一定的影响，当表层厚度为0（即没有表层）时，材料的初始辉度和余辉值都较小，当表层厚度增加时，辉度值增加，当表层厚度超过0.10 mm以后，辉度值减小了。这主要是由于当表层厚度较小或没有时，玻璃纤维布上浸渍的夜光剂树脂胶复合、拉挤成型时，一方面由于受到设备、模具的刮削作用，而使部分夜光剂掉落。另一方面由于夜光剂受到机械磨损，表面被金属杂质污染，从而影响其材料的发光性能。当在夜光层表面复合一表层后，即防止了夜光剂被设备、模具刮落、污染，从而复合材料的辉度增加。但当表层厚度过大时又对夜光剂的发光有一定的阻挡作用，从而又使复合材料的辉度下降。综合考虑，表层厚度为0.10mm时较佳。 耐水发光性能 将夜光剂的含量为10 phr的不同厚度的复合材料，放在室温的高压水下冲洗48小时，消光后用照度为1000 lx的光照射10min，测得复合材料60min后的辉度如表3所示。从表3可以看出，表层厚度为0（即没有表层）时，复合材料经冲洗后，辉度明显降低，而表层厚度大于0.1mm以后，辉度没有明显的下降。这主要是由于夜光剂是无机亲水性的，容易被水流冲洗掉。而当表面有一表层材料时，能避免夜光剂与水接触，起到了保护作用，所以此时复合材料的辉度不会明显下降。 力学性能 表4为不同夜光剂含量的复合材料的力学性能。从表中可以看出：复合材料随着夜光剂含量的增加，纵、横拉伸强度出现下降，而弹性模量增大。这主要是由于夜光剂属于无机颜料，与基体环氧树脂的相容性差，因而含量增大时会使复合材料的拉伸强度弱有下降，不影响材料的使用。且由于夜光剂无机颗粒的弹性模量较大，因而使复合材料的弹性模量也会有所增大。 结论 ★环氧树脂/玻璃纤维复合材料（EP/GF）中夜光剂含量越多，复合材料的初始发光强度和余辉值越高，但增加到一定量后，增大趋势会减缓。复合材料夜光剂的用量在10 phr左右比较适宜。 ★复合材料的辉度会激发光强度增高而增大，但即使在低强度光的激发下，复合材料720 min后，辉度值仍有47 mcd.m-2，完全可作为黑夜白天交替的发光材料。 ★复合材料表层对夜光层有良好的保护作用，可防止拉挤成型时夜光剂受设备、模具的刮落、污染，同时还可防止雨水冲洗损失夜光剂，且表层厚度为0.10mm时较佳。 ★复合材料随着夜光剂含量的增加，纵、横拉伸强度弱有下降，而弹性模量增大。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/25/2012)