FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇
標(biāo)題: 氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應(yīng)用 [打印本頁]
作者: gzhls 時間: 2009-8-27 10:31
標(biāo)題: 氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應(yīng)用
氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應(yīng)用
近年來隨著玻璃鋼工業(yè)的迅速發(fā)展，對玻璃鋼制品的質(zhì)量和外觀和表面膠衣層提出了更高的要求。膠衣樹脂是不飽和聚酯中的一個特殊品種。它起保護制品，延長使用壽命的作用，因此應(yīng)具有良好的拉伸強度，抗彎曲性能及耐水、耐熱等性能。
膠衣樹脂可使用親水型氣相二氧化硅。它具有極小顆粒粒徑（原生顆粒粒徑7－45nm）和極大比表面積（200-380m[sup]2[/sup]/g)。本文主要研究了納米級二氧化硅、乙二醇對膠衣樹脂觸變性及樹脂澆鑄體力學(xué)性能的影響。
2 試驗部分
2．1 實驗用原材料及配方
原材料有福田公司3388#不飽和聚酯樹脂、德國德固賽公司 A200及 A380氣相二氧化硅、乙二醇（AR）、道康寧公司有機硅氧烷分散劑、德謙公司6800消泡劑、過氧化甲乙酮和環(huán)烷酸鈷。實驗用配方見表1。
表1 實驗用配方
3388#不飽和聚酯樹脂
| 100份
|
氣相二氧化硅/%
| 2.5-3.5
|
分散劑/%
| 0.2
|
6800消泡劑/%
| 2.0
|
過氧化甲乙酮/%
| 1
|
環(huán)烷酸鈷（4%）/%
| 1
|
使用納米SiO2的關(guān)鍵是確保其在不飽和聚酯樹脂中達到良好的分散，分散越好，則觸變指數(shù)越大，力學(xué)強度越高。分散設(shè)備有超聲均化儀、三輥研磨機、砂磨機、膠體磨、高速剪切攪拌機等。本文首先將氣相二氧化硅、分散劑加入少量的不飽和聚酯樹脂中用三輥研磨機制備母體，然后將母體加入樹脂中經(jīng)高速攪拌稀釋到一定的比例。該工藝分散時剪切力較大，粘度更高，氣相二氧化硅的分散較好。
2．3 性能檢測
粘度用美國Brookfield粘度儀測量；分散性用JSM－6330F掃描電鏡觀察；拉伸強度、拉伸彈性模量和斷裂延伸率按GB2568－1995標(biāo)準(zhǔn)，彎曲強度及模量按GB2570－1995標(biāo)準(zhǔn)在英國 Hounsfieid HT-10萬能試驗機上測量，并測試了沖擊強度。
3 結(jié)果與討論
3．1 膠衣樹脂的粘度、觸變性、流變性
本文測定了A200，A380在不同轉(zhuǎn)速下的粘度。實驗發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，粘度降低；加入分散劑，體系粘度降低，流動性更好。通過引入觸變指數(shù)K來表征觸變性，觸變指數(shù)越大，觸變性越大。觸變指數(shù)是轉(zhuǎn)速為6rpm與60rpm時的粘度之比。在6rpm的粘度見圖1，通過計算其觸變指數(shù)見表2。
表2 不飽和聚酯的觸變指數(shù)
sio[sub]2[/sub]型號
| 添加量/%
| 觸變指數(shù)K
| 加1%乙二醇觸變指數(shù)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
|
|
從表2和圖1可見，氣相二氧化硅用量越大，粘度越大，觸變指數(shù)越大。增加氣相二氧化硅用量會產(chǎn)生較多二氧化硅粒子間的相互作用，因而有較高的表觀粘度；隨著比表面積從200m2／g升到 380m2／g，觸變指數(shù)增加；若在體系中加入乙二醇作為架橋劑，會加強二氧化硅網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致粘度進一步增加。沉淀法二氧化硅的K為1．25，較氣相法的K低許多，這也說明了在膠衣樹脂中用沉淀法二氧化硅不適合。
圖I Si02添加量對粘度的影響
圖2 膠衣樹脂剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系
膠衣樹脂粘度和觸變指數(shù)的影響因素比較多，但主要是剪切分散力、攪拌速度、使用溫度及所加填料的表面處理情況。用母體法配制膠衣樹脂，粘度可增加30－60％，觸變性會更大。膠衣樹脂剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系見圖 2。從圖2可見，不加二氧化硅的膠衣樹脂的剪切應(yīng)力與剪切速率呈一次函數(shù)關(guān)系，加了二氧化硅后膠衣樹脂變?yōu)榧偎苄粤黧w。
3．2 膠衣樹脂澆鑄體的機械性能
按GB 2567－1995制備膠衣樹脂澆鑄體試驗樣條，測定了加乙二醇前后的拉伸強度、拉伸彈性模量、斷裂延伸率、彎曲強度、彎曲模量和沖擊強度，實驗結(jié)果列于表3。
表3 膠衣樹脂力學(xué)性能測試結(jié)果
sio[sub]2[/sub]添加量/%
| 拉伸強度/MPa
| 拉伸彈性模量/MPa
| 斷裂延伸率/%
| 彎曲強度/MPa
| 彎曲模量/MPa
| 沖擊強度/kj·m[sup]-2[/sup]
|
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
|
從表3可見，加氣相二氧化硅后，力學(xué)性能大大改善，尤其以添加量為2．5％的 N20和添加量為2.8％的 A200最顯著。與不加sio2相比較，拉伸強度可提高18．9％，拉伸彈性模量60％以上，彎曲強度及模量可提高 25％，沖擊強度提高125％。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于氣相二氧化硅的表面存在硅氧烷和羥基官能團，在一定條件下能形成氫鍵。當(dāng)二氧化硅在不飽和聚酯中分散時，聚集體相互作用組成一種中間“鏈”結(jié)構(gòu)。最終，在樹脂靜止時足夠的相互作用形成期望的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故使添加納米sio2的樹脂材料強度、韌性、延展性均大大提高，即表現(xiàn)在拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等性能的提高。
高先生 13632355684
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1942年德固賽公司通過高溫水解的方法制備了納米級的二氧化硅，并申請專利，注冊了商標(biāo)AEROSIL®，多年來，氣相法二氧化硅在各個行業(yè)產(chǎn)生了廣泛的應(yīng)用。
AEROSIL產(chǎn)品應(yīng)用在復(fù)合材料領(lǐng)域中有如下特性：
Ø 粘度控制
Ø 觸變，防流掛
Ø 補強
Ø 增強自由流動性，防結(jié)塊
Ø 防沉降
Ø 助顏料、填料分散
Ø 成核
Ø 給涂層帶來疏水性
行 業(yè)
| 體 系
| 推薦牌號
| 應(yīng)用效果
| 分散設(shè)備
|
膠衣樹脂
| 不飽和樹脂
| AEROSIL 200
AEROSIL 380
| 增稠、觸變、防流掛
| 高速分散設(shè)備；
行星式分散機；
超聲波
|
觸變樹脂
| 不飽和樹脂
| AEROSIL 200
| 增稠、觸變、防沉降
| 高速分散設(shè)備；
行星式分散機
|
原子灰
| 不飽和樹脂
| AEROSIL 200
| 增稠、防沉降
| 高速分散設(shè)備
|
脫硫防腐
| 乙烯基樹脂
| AEROSIL R202
| 增稠、觸變、防流掛
| 高速分散設(shè)備
|
鋼琴漆
| 不飽和樹脂
| AEROSIL 380
| 增稠、觸變、防流掛
| 高速分散設(shè)備
|
SMC/BMC模壓料、拉擠材料
| 不飽和樹脂
| AEROSIL 200
| 增稠、防沉降
| ——
|
人造石
| 不飽和樹脂
| AEROSIL 200
| 增稠、補強、防沉降
| 高速分散設(shè)備；
行星分散機
|
環(huán)氧灌封料
| 環(huán)氧樹脂
| AEROSIL 200
AEROSIL 300
AEROSIL 380
AEROSIL R202
| 增稠、觸變、防沉降
| 高速分散設(shè)備；
三輥機
|
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