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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。
