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复合材料/胶粘剂 |
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气相二氧化硅在胶衣树脂中的应用研究 |
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作者：王小妹 范云玉 龙宁华 李彩霞 |
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1 前言
近年来随着玻璃钢工业的迅速发展，对玻璃钢制品的质量和外观和表面胶衣层提出了更高的要求。胶衣树脂是不饱和聚酯中的一个特殊品种。它起保护制品，延长使用寿命的作用，因此应具有良好的拉伸强度，抗弯曲性能及耐水、耐热等性能。
胶衣树脂可使用亲水型气相二氧化硅。它具有极小颗粒粒径（原生颗粒粒径7－45nm）和极大比表面积（200-380m2/g)。本文主要研究了纳米级二氧化硅、乙二醇对胶衣树脂触变性及树脂浇铸体力学性能的影响。
2 试验部分
2．1 实验用原材料及配方
原材料有福田公司196不饱和聚酯树脂、德国N20及沈阳化工公司 A200及 A380气相二氧化硅、乙二醇（AR）、道康宁公司有机硅氧烷分散剂、德谦公司6800消泡剂、过氧化甲乙酮和环烷酸钴。实验用配方见表1。表1 实验用配方
| 196不饱和聚酯树脂 | 100份 | | 气相二氧化硅/% | 2.5-3.5 | | 分散剂/% | 0.2 | | 6800消泡剂/% | 2.0 | | 过氧化甲乙酮/% | 1 | | 环烷酸钴（4%）/% | 1 |
使用纳米SiO2的关键是确保其在不饱和聚酯树脂中达到良好的分散，分散越好，则触变指数越大，力学强度越高。分散设备有超声均化仪、三辊研磨机、砂磨机、胶体磨、高速剪切搅拌机等。本文首先将气相二氧化硅、分散剂加入少量的不饱和聚酯树脂中用三辊研磨机制备母体，然后将母体加入树脂中经高速搅拌稀释到一定的比例。该工艺分散时剪切力较大，粘度更高，气相二氧化硅的分散较好。
2．3 性能检测
粘度用美国Brookfield粘度仪测量；分散性用JSM－6330F扫描电镜观察；拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂延伸率按GB2568－1995标准，弯曲强度及模量按GB2570－1995标准在英国 Hounsfieid HT-10万能试验机上测量，并测试了冲击强度。
3 结果与讨论
3．1 胶衣树脂的粘度、触变性、流变性
本文测定了A200，A380在不同转速下的粘度。实验发现，随着转速的增加，粘度降低；加入分散剂，体系粘度降低，流动性更好。通过引入触变指数K来表征触变性，触变指数越大，触变性越大。触变指数是转速为6rpm与60rpm时的粘度之比。在6rpm的粘度见图1，通过计算其触变指数见表2。表2 不饱和聚酯的触变指数
| sio2型号 | 添加量/% | 触变指数K | 加1%乙二醇触变指数K | | A200 | 2.5 | 3.81 | 4.12 | | A200 | 2.8 | 4.26 | 4.37 | | A200 | 3.0 | 4.31 | 4.60 | | A200 | 3.2 | 4.65 | 4.80 | | A380 | 2.5 | 3.87 | 4.68 | | N20 | 2.5 | 4.32 | 5.53 | | 沉淀 | 2.5 | 1.25 | |
注：A200，A380比表面积分别为200、300m2／g。从表2和图1可见，气相二氧化硅用量越大，粘度越大，触变指数越大。增加气相二氧化硅用量会产生较多二氧化硅粒子间的相互作用，因而有较高的表观粘度；随着比表面积从200m2／g升到 380m2／g，触变指数增加；若在体系中加入乙二醇作为架桥剂，会加强二氧化硅网络，导致粘度进一步增加。沉淀法二氧化硅的K为1．25，较气相法的K低许多，这也说明了在胶衣树脂中用沉淀法二氧化硅不适合。
图I Si02添加量对粘度的影响
图2 胶衣树脂剪切应力与剪切速率的关系
胶衣树脂粘度和触变指数的影响因素比较多，但主要是剪切分散力、搅拌速度、使用温度及所加填料的表面处理情况。用母体法配制胶衣树脂，粘度可增加30－60％，触变性会更大。胶衣树脂剪切应力与剪切速率的关系见图 2。从图2可见，不加二氧化硅的胶衣树脂的剪切应力与剪切速率呈一次函数关系，加了二氧化硅后胶衣树脂变为假塑性流体。
3．2 胶衣树脂浇铸体的机械性能
按GB 2567－1995制备胶衣树脂浇铸体试验样条，测定了加乙二醇前后的拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂延伸率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度，实验结果列于表3。表3 胶衣树脂力学性能测试结果
| sio2添加量/% | 拉伸强度/MPa | 拉伸弹性模量/MPa | 断裂延伸率/% | 弯曲强度/MPa | 弯曲模量/MPa | 冲击强度/kj·m-2 | | 空白 | 60.7 | 2148 | 12.2 | 77.2 | 2096 | 8.7 | | A200 2.5 | 69.2 | 3130 | 10.5 | 81.3 | 2320 | 12.2 | | A200 2.8 | 72.2 | 3517 | 12.6 | 96.4 | 2612 | 19.7 | | A380 2.5 | 64.4 | 2849 | 9.0 | 83.9 | 1759 | 9.8 | | N20 2.5 | 73.1 | 3157 | 12.8 | 85.8 | 2738 | 15.7 |
从表3可见，加气相二氧化硅后，力学性能大大改善，尤其以添加量为2．5％的 N20和添加量为2.8％的 A200最显著。与不加sio2相比较，拉伸强度可提高18．9％，拉伸弹性模量60％以上，弯曲强度及模量可提高 25％，冲击强度提高125％。这种现象的产生是由于气相二氧化硅的表面存在硅氧烷和羟基官能团，在一定条件下能形成氢键。当二氧化硅在不饱和聚酯中分散时，聚集体相互作用组成一种中间“链”结构。最终，在树脂静止时足够的相互作用形成期望的网络结构，故使添加纳米sio2的树脂材料强度、韧性、延展性均大大提高，即表现在拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等性能的提高。(end)
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(3/20/2005) |
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