渗透作用对胶衣鼓泡的影响

作者：金陵帝斯曼树脂有限公司

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, ... 对于玻璃钢船舶来说，表层胶衣鼓泡是一种非常严重的缺陷，很多人认为胶衣鼓泡难以克服，故被称为\"玻璃钢船舶瘟疫\"。我们发现并通过这篇文章指出，渗透作用是造成表层鼓泡的主要原因。现在，玻璃钢船舶制造商们可以使用更加合适的材料来减少渗透作用的发生，从而减少鼓泡现象。 在二十世纪七十年代和八十年代初，AMOCO公司---作为间苯二甲酸和聚酯原料的供应商做了很多卓有成效的工作。他们通过TURTLE BOX测试得出：除胶衣的产品质量外，结构层树脂在胶衣鼓泡现象中也起到相当重要的作用。 在KINGSTON Polytechnic大学，Pritchard教授领导的实验工作对玻璃钢积层中水的渗透速度以及鼓泡层中的分解产物进行了详尽的分析研究，确定了不同材质对渗透压的影响。 在美国，尤其是American Colours(美国颜料公司)，他们通过65℃下的完全浸泡实验，得到了很多与鼓泡相关的数据，不过他们的研究表明颜料对鼓泡的作用并不是非常显著。 The British Plastics Federation(英国塑料协会) 仔细回顾了有关渗透鼓泡方面的相关课题，并拨款在Loughborough 大学成立了一个专门的研究小组，专门研究鼓泡形成的机理。他们通过40℃下的完全浸泡实验对有胶衣层的玻璃钢积层树脂的水解稳定性和应力因素进行了分析研究。 概括这些正在进行和已经完成的课题，我们总结出影响胶衣产生鼓泡的一些主要因素： 1、 操作工艺 其中操作工艺是非常重要的环节。将成型加工和原料贮存的环境控制在规定的温度和湿度下是很关键的。温度在16℃到22℃，相对湿度低于80％是保证树脂充分固化的最佳条件。玻璃纤维会吸收水分从而影响材料间的结合力并最终影响到树脂的固化，从而容易引起胶衣层鼓泡。在我国并不普及除湿设备，但在一些欧洲的造船厂，特别是在航天工业中，常常使用这些设备。 我们研究了水份对鼓泡所起的影响。实验结果显示，在有水存在的情况下，鼓泡发生时间从600小时骤减到少于100小时，这样的效果是让人震惊的，我们应在生产过程中对水份和湿度的控制多加重视。 2、 胶衣的质量和厚度 控制胶衣的厚度是生产玻璃钢制品的关键部分，这是我们特别要强调的。胶衣制作的好坏体现在它的抗水解性和致密程度（无空隙）这两个方面，因此如何正确地施工是非常重要的。 可以使用QCT(冷凝测试仪)，在60℃水温下，进行鼓泡评估，得到了不同胶衣板鼓泡程度的真实数据。例如，在采用同一标准邻苯积层树脂，通过改变间苯胶衣的质量，发现不同胶衣所制作的玻璃钢板发生鼓泡的时间有着显著的差异。 在相同条件下，标准质量的间苯胶衣70小时就发生鼓泡现象，而与此同时，专门设计的航海级胶衣可以抗500个小时。 对于胶衣厚度的研究表明厚度对胶衣的抗鼓泡性起着重要的作用。比如一种航海级的间苯胶衣，采用邻苯积层树脂制成的玻璃钢样板，如果胶衣层厚度为0.254毫米，发生鼓泡的时间为350小时，但如果胶衣层厚度增加为1毫米，则发生鼓泡的时间就增加到1500小时。显而易见，如果胶衣厚度太薄，整个产品的性能将会大大的降低。因此，这是影响产品抗鼓泡性的最重要的因素之一，并且是生产工艺中所要控制的最重要的环节，好在我们可以使用很便宜的测厚仪就可以很方便地测量并控制好胶衣的厚度。 3、 积层树脂 因为鼓泡总是发生在积层或积层和胶衣的界面上，积层树脂的型号和质量也是很重要的因素。 不饱和树脂的原料，例如邻苯二甲酸酐，间苯二甲酸，间苯二甲酸/新戊二醇都是大家非常熟悉的名字。众所周知，间苯的抗水性要强于邻苯，间苯/NPG体系的抗水解性最好。但是传统的认识并不都是真理，例如对于好的邻苯产品与差的间苯产品并不能轻易下结论，因此，对造船者来说，他必须考虑到并测试各种不同的参数，包括不同类的胶衣树脂和积层树脂，才能对产品的质量进行全面的控制。 对于在水解稳定性和耐海水盐蚀性没有达到最佳水准的产品，厂家可以使用间苯树脂和胶衣，最好采用航海级的产品。 采用不同类的积层树脂也会对复合材料的抗鼓泡性能产生重要影响。采用同样品质的间苯胶衣，邻苯积层树脂可以抗70小时而不鼓泡，间苯可以抗120小时，而乙烯基树脂则可以抗250小时。 有没有其他更好的树脂体系呢？我相信大家都听说过环氧涂层优秀的抗渗透鼓泡的能力。因此我们安排了以下一组对比实验：一组是环氧胶衣和环氧积层的组合，另一组是环氧胶衣与间苯二甲酸性不饱和聚酯树脂积层体系。结果后者表现出比前者更优异的性能。但我们必须要指出的是这只是一个一次性的实验结论，进一步的实验正在准备中，而且我们对采用环氧树脂作为鼓泡修复剂的效果，以及因为选用特别处理胶衣而增加的成本进行更深的研究，希望这些研究很快能得到令人满意的结果。 采用更高品质的原材料将不可避免会增加成本，但这钱花得却很值得，因为这样将会大大减少客户对鼓泡现象的投诉。就拿一艘价值30,000英磅的32英尺级的游艇来说，如果我们采用的是专门的航海级间苯胶衣和积层树脂，我们仅仅增加了0.5%的成本，也就是150磅罢了。 4、 玻璃纤维浸润剂及粘结剂 复合材料中另外一个最主要的组成就是增强材料----玻璃纤维。在我们的研究中，我们选用了三种不同种类的玻璃纤维织物进行对比实验： a) 乳液粘结剂和粉末粘结剂型短切毡 b) 方格布和针织毡。 c) 各种表面薄毡 不同的玻璃纤维毡会影响发生鼓泡的时间。玻璃纤维生产商们对每种玻璃纤维织物所用的浸润剂和粘合剂都采取了适当的保密措施，因此我们测试中采用的乳液型粘结剂是一种聚醋酸乙烯酯型的粘合剂，而粉末粘结剂型是基于一种线型的聚酯。聚醋酸乙烯酯在有水的情况下很易于水解并分解成酸，因此表面突起的渗透鼓泡常常有一种醋酸的味道。 大多数毡片的性能都差不多，但最好的粉末粘结剂型短切毡还是要比最差的乳液粘结剂型短切毡好2~3倍，但我们还很难仅仅凭借其粘结剂的类型来判定毡片的好坏；无论对粉末型还是乳液型毡片来说，单纤维总是以一种熔液的形态按一定的形状固化成为不同溶解度的纤维丝束的。一般来说，使用粉末状的粘结剂比乳液型有更好的效果.通过一次性的测试，双面各只有一层粉末粘结剂型短切毡增强的强芯毡仍然比乳液型的毡片具有更好的效果。不过，如果增加一层粗方格布将会使出现鼓泡的时间大大地延长。在一次性测试中，基于KEVLAR粗纱为增强材料的复合材料可以耐3000小时而不鼓泡，这显然是纤维束中最好的材料。 使用一层表面毡可以使抗渗透能力成倍地增加。我们对玻璃薄毡和合成材料薄毡进行测试和检查，发现两者之间对表层出现鼓泡时间的影响没有太大的差别，虽然合成材料薄毡具有更佳的性能。然而有表面毡的试板抗渗透的能力要明显强于那些没有表面毡的试板。 另一方面，我们研究了玻璃纤维毡片的不良结合对产品的影响以及大量内藏空气是否对产品质量有严重危害。结果表明，以上两点都在一定程度上减低了产品抗渗透能力，因此在成型过程中始终要保证高水平的品质控制。 5、 添加剂 添加剂是一个非常广泛的定义，包括很多方面，例如催化剂的效果和类型，颜料以及填料等。 我们前面提到过American Colours公司进行的研究表明颜料对鼓泡性的影响是微不足道的，但是他们的研究是基于固体颜料直接添加到胶衣树脂中的。一种更为普及的实验方法是将颜料以颜料糊的形式按10％和2％的配比加入至胶衣和积层树脂中的，结果显示后者发生鼓泡的时间明显较前者短，并且对不同的体系，有着明显的差别。例如，在实验中一种蓝色颜料只产生很小甚至不起任何作用，可另一种黑色颜料却能产生很大的影响。这更加提醒我们的船舶制造商们需要对可能导致船舶鼓泡现象的各种因素进行全面的测试。 我们得到的结果与American Colours得到的一定范围内颜料对鼓泡时间没有明显影响的结论有很大的冲突。其中的一个主要区别就是在美国的研究中，固体粉末是被碾磨后直接加入胶衣体系的。现在Freeman 正在对颜料碾磨进行更深入的研究和实验。　 过氧化物催化剂是体系中另一种重要物质，并同样对鼓泡有着一定的作用。法国曾经就有这么一个很有名的案例，严重鼓泡的原因最终追溯到不经意地将催化剂载体由邻苯二甲酸酯类增塑剂换成了二甘醇（DEG）。这起事故再次提醒船舶制造者们必须对生产过程中每一个细节都进行全面控制和检测。 通过QCT实验，我们发现在胶衣和基体树脂中使用过低剂量的催化剂会使发生鼓泡现象的时间缩短。 我们还试验了丙酮对鼓泡现象的影响。丙酮是FRP生产车间里最普遍的清洗用溶剂，通常我们在涂布胶衣层之前对模具表面进行清洗。在实验中，我们在涂层中加入5％的丙酮，无可否认，这个剂量是相当高的，但在实际生产中，我们并不排除在一定的局部（例如零散的滴聚点）能达到这样的当量。结果表明丙酮的存在对复合材料抗鼓泡能力有明显的不良影响。这点也充分说明了不能用丙酮稀释胶衣。 综上所述，引起复合材料因渗透作用而发生鼓泡的因素是多种多样的，同时它们就象一条链条上的相互关联的各个环节，最薄弱的那个环节限制整根链条的强度品质。在诸多这些环节中，我们首先要重视良好的操作施工水平，这是影响产品抗渗透鼓泡能力的最主要环节。结合不牢固，气泡空隙，溶液污染和潮湿的玻璃纤维，都会对复合材料最终抗鼓泡性能产生严重影响。其次，胶衣层的质量和厚度都会对最终的抗渗透性产生很大的影响。第三，添加剂（固化剂，颜料等）的型号，性质以及用量不当，都会大大降低材料抗鼓泡的能力，缩短发生鼓泡的时间。第四，增强胶衣用的积层基体树脂质量也有相当的影响。最后，同样也是很重要的是，增强材料的型号，质量以及编织方式对抗鼓泡的性能有着重要的影响。 以上所提到的各种因素大多可以通过非常方便快捷，可靠便宜的测试方法进行监控和预测。船舶制造商们可以方便而且切实可行地运用全面质量控制的方法和手段来控制自己的生产和产品。在澳大利亚，造船者们对每一条船，每一次与鼓泡性能有关的原材料改变都做了严格的检测，在英国这也成为一项切实可行的建议并得到大多数人的支持。这也使船舶使用者有了更加放心的选择。采用优良的能更好地抗渗透鼓泡的原材料的船舶在国外很受欢迎，虽然它们的价格要高出很多。相反，如果你不进行严格的测试和控制，就可能出现问题。检测能使我们把更好的原材料与劣质的材料区别开来，为真正的全面质量控制的实现奠定坚实的基础，最终通过卓越的FRP控制体系使我们的最终产品真正发挥出100％的零返修零维护的水平。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/14/2005)