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氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用
日期:2025-07-11 09:14
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摘要:
氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用
1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(200-380m2/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。
氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用表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(shù)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(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(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。
氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用表2 不飽和聚酯的觸變指數(shù)
sio2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 | |
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(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,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
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(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(shù)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。
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。
氣相二氧化硅在膠衣樹脂中的應用表3 膠衣樹脂力學性能測試結果
sio2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-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 |
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*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。*終,在樹脂靜止時足夠的相互作用形成期望的網(wǎng)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(xiàn)在拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等性能的提高。