氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用

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氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用

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，則觸變指數越大，力學強度越高。分散設備有超聲均化儀、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標準，彎曲強度及模量按GB2570－1995標準在英國 Hounsfieid HT-10萬能試驗機上測量，并測試了沖擊強度。

3 結果與討論
3．1 膠衣樹脂的粘度、觸變性、流變性
本文測定了A200，A380在不同轉速下的粘度。實驗發(fā)現，隨著轉速的增加，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K來表征觸變性，觸變指數越大，觸變性越大。觸變指數是轉速為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見表2。

表2  不飽和聚酯的觸變指數

sio[sub]2[/sub]型號	添加量/%	觸變指數K	加1%乙二醇觸變指數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比表面積分別為200、380m2／g。

從表2和圖1可見，氣相二氧化硅用量越大，粘度越大，觸變指數越大。增加氣相二氧化硅用量會產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，會加強二氧化硅網絡，導致粘度進一步增加。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 膠衣樹脂剪切應力與剪切速率的關系

膠衣樹脂粘度和觸變指數的影響因素比較多，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。膠衣樹脂剪切應力與剪切速率的關系見圖 2。從圖2可見，不加二氧化硅的膠衣樹脂的剪切應力與剪切速率呈一次函數關系，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，實驗結果列于表3。

表3  膠衣樹脂力學性能測試結果

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％。這種現象的產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”結構。最終，在樹脂靜止時足夠的相互作用形成期望的網絡結構，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AEROSIL®，多年來，氣相法二氧化硅在各個行業(yè)產生了廣泛的應用。

AEROSIL產品應用在復合材料領域中有如下特性：

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	應用效果	分散設備
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	高速分散設備
脫硫防腐	乙烯基樹脂	AEROSIL R202	增稠、觸變、防流掛	高速分散設備
鋼琴漆	不飽和樹脂	AEROSIL 380	增稠、觸變、防流掛	高速分散設備
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	高速分散設備； 三輥機