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以不飽和聚酯樹脂為基的玻璃鋼復(fù)合材料防老化研究進(jìn)展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-03-06  來(lái)源:天津合成材料研究所  作者:王玉民 郭振宇 寧培森  瀏覽次數(shù):103

不飽和聚酯樹脂(UPR)是一類通用型樹脂,以它為基礎(chǔ)的玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP),通常稱為“玻璃鋼”,該種材料是由增強(qiáng)體玻璃纖維與基體樹脂構(gòu)成,玻璃纖維是無(wú)機(jī)物,樹脂是有機(jī)物,為使二者緊密結(jié)合,通常在玻璃纖維上進(jìn)行涂層處理。該種材料是一種復(fù)合材料,綜合性能好,這種材料單位質(zhì)量機(jī)械強(qiáng)度比鋁合金高,密度只有鋼結(jié)構(gòu)的1/4,抗拉強(qiáng)度超過(guò)鋼材,因此常用來(lái)代替金屬用于建筑、汽車、造船、航空、化工、摩托車等行業(yè)。據(jù)估計(jì),我國(guó)2010年玻璃鋼產(chǎn)量將達(dá)90萬(wàn)噸,此種復(fù)合材料大都在戶外使用,在日光和空氣的作用下發(fā)生老化 使制品表面失去光澤,樹脂與玻璃纖維剝離,機(jī)械強(qiáng)度下降,逐漸失去使用價(jià)值,防止或延緩GFRP的老化問題一直是工業(yè)界的一個(gè)重要的研究課題,現(xiàn)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。UPR老化的本質(zhì)是從酯鍵開始的一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。研究表明,氧化的結(jié)果,使酯鍵斷裂,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞,釋放出的主要分解產(chǎn)物為一氧化碳、二氧化碳,同時(shí)伴隨著分子交聯(lián),材料變黃、脆化。另外,UPR分子中的酯鍵在使用過(guò)程中(尤其是與水接觸)發(fā)生水解反應(yīng) 也是其老化的一個(gè)重要因素。

1 用于GFRP的穩(wěn)定劑

為防止或延緩GFRP的老化,延長(zhǎng)制品的使用壽命,通常有兩種方法:一為在制品表面進(jìn)行涂裝,使其表面有一種保護(hù)層,可抵抗光、氧、風(fēng)吹雨打的侵蝕,從而延長(zhǎng)制品的使用壽命;二為在基體樹脂中添加穩(wěn)定劑(紫外線吸收劑、抗氧劑等)使樹脂穩(wěn)定化。無(wú)論那種方法都需要穩(wěn)定劑。
  用于GFRP的穩(wěn)定劑大多為傳統(tǒng)的有機(jī)穩(wěn)定劑。
       1.1 紫外線吸收劑
  該類產(chǎn)品中主要有:苯并三唑、二苯甲酮、三嗪類等,它們是用于UPR樹脂的主要穩(wěn)定劑,二苯甲酮和苯并三唑紫外線吸收劑應(yīng)用較多,其穩(wěn)定機(jī)理相同,都是其分子內(nèi)存在分子內(nèi)氫鍵構(gòu)成螯合環(huán),當(dāng)它們吸收紫外光的能量后,產(chǎn)生分子熱振動(dòng),氫鍵破壞,螯合環(huán)打開,分子內(nèi)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,將有害的紫外光轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的熱能,從而保護(hù)了材料。
      1.2 受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)
  HALS是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一類新型光穩(wěn)定劑,其穩(wěn)定機(jī)理獨(dú)特,它不吸收波長(zhǎng)大于250nm的光,但卻具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性,已被廣泛地應(yīng)用于塑料工業(yè)。經(jīng)大量的研究認(rèn)為,在光氧化的條件下HALS可以(至少部分地)轉(zhuǎn)化成硝酰自由基,這種硝酰自由基才是真正的穩(wěn)定組分,它可以捕獲自由基,起到穩(wěn)定作用。
      1.3 自由基封閉劑
  該類穩(wěn)定劑的作用原理是:其大分子中所含有的活性氫原子與降解過(guò)程中產(chǎn)生的大分子自由基反應(yīng)生成大分子氫過(guò)氧化物穩(wěn)定的自由基。該類穩(wěn)定劑俗稱“抗氧劑”。主要品種有:受阻酚類的抗氧劑264、抗氧劑1010、抗氧劑2246、芳香族仲胺類等。
       1.4 過(guò)氧化物分解劑
  該類穩(wěn)定劑有硫酯和亞磷酯兩大類,其作用原理為:它將氫過(guò)氧化物還原為相應(yīng)的醇,而自身轉(zhuǎn)化為磷酸酯,它常與自由基封閉劑(主抗氧劑)并用,一般不單獨(dú)使用。該類穩(wěn)定劑俗稱“副抗氧劑”。主要品種有:助抗氧劑DLTP,2,2 硫代雙[3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)]丙酸乙酯,亞磷酯類有助抗氧劑168、亞磷酸(壬基苯基)酯、二亞磷酸(壬基苯基)酯等。

2 GFRP表面涂裝防老化處理
       
       長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)大部份的玻璃鋼表面防護(hù)主要采用噴漆或噴涂膠衣樹脂等簡(jiǎn)單方法,質(zhì)量差,且需要經(jīng)常維護(hù)。對(duì)玻璃鋼制品表面進(jìn)行涂裝是解決此類問題的一個(gè)重要方法。
  GFRP制品的耐候性、耐磨性較差,硬度低,限制了其應(yīng)用范圍。某些特殊應(yīng)用環(huán)境,例如,外殼、容器、蓋子、貼面板等,對(duì)其表面質(zhì)量的要求很高。
  隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,市場(chǎng)上要求外觀美、性價(jià)比高的GFRP制品。表面涂裝可使其表面美觀,經(jīng)久耐用,提高產(chǎn)品的附加值,因此該類技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外的重視,成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
  常德師范學(xué)院的周詩(shī)彪研制的牌號(hào)為NBP-1的GFRP專用涂料,較好地解決了這些問題。該種涂料是將丙烯酸樹脂、顏料、填充料研磨后,加入溶劑、助劑(包括光穩(wěn)定劑)、添加劑等進(jìn)行研磨混勻制成的。用含有不同的紫外線吸收劑的涂料涂裝的GFRP,經(jīng)人工老化后的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表1。

 
 
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