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氣相二氧化硅在膠衣樹(shù)脂中的應(yīng)用
日期：2025-07-22 12:22
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摘要：
氣相二氧化硅在膠衣樹(shù)脂中的應(yīng)用
1近年來(lái)隨著玻璃鋼工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)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(shù)脂是不飽和聚酯中的一個(gè)特殊品種。它起保護(hù)制品，延長(zhǎng)使用壽命的作用，因此應(yīng)具有良好的拉伸強(qiáng)度，抗彎曲性能及耐水、耐熱等性能。
膠衣樹(shù)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(jí)二氧化硅、乙二醇對(duì)膠衣樹(shù)脂觸變性及樹(shù)脂澆鑄體力學(xué)性能的影響。
2 試驗(yàn)部分
2．1 實(shí)驗(yàn)用原材料及配方
原材料有福田公司3388#不飽和聚酯樹(shù)脂、德國(guó)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(jī)硅氧烷分散劑、德謙公司6800消泡劑、過(guò)氧化甲乙酮和環(huán)烷酸鈷。實(shí)驗(yàn)用配方見(jiàn)表1。
氣相二氧化硅在膠衣樹(shù)脂中的應(yīng)用表1 實(shí)驗(yàn)用配方
| 3388#不飽和聚酯樹(shù)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(guò)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(shù)脂中達(dá)到良好的分散，分散越好，則觸變指數(shù)越大，力學(xué)強(qiáng)度越高。分散設(shè)備有超聲均化儀、三輥研磨機(jī)、砂磨機(jī)、膠體磨、高速剪切攪拌機(jī)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(shù)脂中用三輥研磨機(jī)制備母體，然后將母體加入樹(shù)脂中經(jīng)高速攪拌稀釋到一定的比例。該工藝分散時(shí)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(cè)
粘度用美國(guó)Brookfield粘度儀測(cè)量；分散性用JSM－6330F掃描電鏡觀察；拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和斷裂延伸率按GB2568－1995標(biāo)準(zhǔn)，彎曲強(qiáng)度及模量按GB2570－1995標(biāo)準(zhǔn)在英國(guó) Hounsfieid HT-10萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量，并測(cè)試了沖擊強(qiáng)度。
3 結(jié)果與討論
3．1 膠衣樹(shù)脂的粘度、觸變性、流變性
本文測(cè)定了A200，A380在不同轉(zhuǎn)速下的粘度。實(shí)驗(yàn)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(dòng)性更好。通過(guò)引入觸變指數(shù)K來(lái)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(shí)的粘度之比。在6rpm的粘度見(jiàn)圖1，通過(guò)計(jì)算其觸變指數(shù)見(jiàn)表2。
氣相二氧化硅在膠衣樹(shù)脂中的應(yīng)用表2 不飽和聚酯的觸變指數(shù)
| sio2型號(hào) | 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(jiàn)，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(huì)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(huì)加強(qiáng)二氧化硅網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致粘度進(jìn)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(shuō)明了在膠衣樹(shù)脂中用沉淀法二氧化硅不適合。
圖I Si02添加量對(duì)粘度的影響
圖2 膠衣樹(shù)脂剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系
圖2 膠衣樹(shù)脂剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系
膠衣樹(shù)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(shù)脂，粘度可增加30－60％，觸變性會(huì)更大。膠衣樹(shù)脂剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系見(jiàn)圖 2。從圖2可見(jiàn)，不加二氧化硅的膠衣樹(shù)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(shù)脂變?yōu)榧偎苄粤黧w。
3．2 膠衣樹(shù)脂澆鑄體的機(jī)械性能
按GB 2567－1995制備膠衣樹(shù)脂澆鑄體試驗(yàn)樣條，測(cè)定了加乙二醇前后的拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、斷裂延伸率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。
3．2 膠衣樹(shù)脂澆鑄體的機(jī)械性能
按GB 2567－1995制備膠衣樹(shù)脂澆鑄體試驗(yàn)樣條，測(cè)定了加乙二醇前后的拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、斷裂延伸率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。
氣相二氧化硅在膠衣樹(shù)脂中的應(yīng)用表3 膠衣樹(shù)脂力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
| sio2添加量/% | 拉伸強(qiáng)度/MPa | 拉伸彈性模量/MPa | 斷裂延伸率/% | 彎曲強(qiáng)度/MPa | 彎曲模量/MPa | 沖擊強(qiáng)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(jiàn)，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*顯著。與不加sio2相比較，拉伸強(qiáng)度可提高18．9％，拉伸彈性模量60％以上，彎曲強(qiáng)度及模量可提高 25％，沖擊強(qiáng)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(tuán)，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(shí)，聚集體相互作用組成一種中間“鏈”結(jié)構(gòu)。*終，在樹(shù)脂靜止時(shí)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(shù)脂材料強(qiáng)度、韌性、延展性均大大提高，即表現(xiàn)在拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等性能的提高。
