不同晶须材料对玻璃钢性能的影响

2018-12-21李汶桦王央贡

粘接 2018年12期

李汶桦，胡涛，王央贡

（1.四川万合非金属新材料有限公司，四川广元 628017；2.华中科技大学，湖北武汉 430030）

晶须作为填充剂，是有机高分子材料改性的一种重要的材料，可降低材料成本，改善材料的各种性能，赋予材料新的特性和功能，扩大材料的应用范围。近年来廉价晶须的问世，给塑料、橡胶、涂料、粘合剂领域带来了新的材料与性能改进的新思路[1，2]。

玻璃钢（即不饱和树脂制品），在石油、化工、农药、医药、染料、电镀、电解、冶炼、轻工等诸领域已得到广泛应用。晶须材料可以进一步提高不饱和树脂制品的性能。有研究采用自制硫酸钙晶须作为填充剂，发现填充后的不饱和聚酯树脂的收缩率和抗冲击强度等性能得到明显改善[3]。本文采用硫酸钙晶须、碳酸镁晶须、硅灰石为改性剂，研究其对玻璃钢产品力学性能和热变形性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

不饱和树脂196、固化剂（A型甲乙酮）、促进剂（A型钴化合物），广东固德树脂厂；无水硫酸钙晶须，四川万润非金属矿物材料有限公司；三水碳酸镁晶须、无水碳酸镁晶须，自制；硅灰石，江西奥特科技有限公司；滑石粉、双飞粉、石英粉，市售工业品；硅烷偶联剂，KH550，仪征天扬化工厂。

1.2 仪器与设备

高速混合机，SH R-10A型，张家港市万塑机械有限公司；电子万能试验机，WDT-200型，长春第二试验机有限责任公司；简支梁冲击试验机，MZ-2054，江都明珠试验机械厂；热变形度测量仪，自制。

1.3 玻璃钢样品基本配方

实验配方中的对照品为某公司玻璃钢制品的基本配方（R0）。混合填料为滑石粉，双飞粉，石英粉等，添加的改性增强材料配方（质量份）见表1。

1.4 试样制备

表1 实验基本配方Tab.1 Test basic formulation

试样按表1的配方均匀调和，然后用模具浇注塑型。

1.5 性能测试

拉伸强度和断裂伸长率：按GB/T 1040—1992测试；弯曲强度按GB/T 9341—2000测试；冲击强度按GB/T 1043—1993测试。

热变形度：取160 mm×10 mm×0.8 mm式样条，搁置于间距100 mm 的硬木搁架上，2端各留30 mm，在式样条中部放5 g的砝码，将其置于自制的精密恒温烘箱中，于指定温度下烘烤一定时间，冷却定型。测量指定烘烤时间试样条的下垂尺寸。以对照样品的下垂尺寸为100%，比较各个配方的变形率。

2 结果与讨论

2.1 不同晶须的形貌

无水硫酸钙晶须（A）采用四川万润非金属矿物材料有限公司产品，针状，直径1.5～3μm，长度150～200 μm以上，长径比50～80，形貌见图1（A）。

图1 不同样品晶须形貌图Fig.1 Morphology of whiskers of different samples

三水碳酸镁晶须（B）与无水碳酸镁晶须（C），皆自制产品[4]。针状，直径2～3 μm，长度30～50 μm，长径比10～20。形貌见图1（B）、（C）。

800目硅灰石粉中具有针状、纤维状晶体形态，混杂有大量粉粒，晶须部分直径2～6 μm，最长可达15 μm，长径比1～15（平均3.1）。可以视为晶须与一般粉体的混合物，质量优劣与晶须部分的含量有关，一般商品没有标记。见图1（D）。

2.2 不同晶须用量对材料力学性能和热性能影响

加入不同晶须材料后玻璃钢的力学性能都有不同的改变，结果见图2～5。

晶须材料对玻璃钢制品力学性能都有不同程度的提升，在本研究的配方中，无水硫酸钙晶须与无水碳酸镁晶须都能够提高产品的冲击强度，使用硅灰石略有提高（图2），产品的断裂伸长率一般保持不变，或者略有提高（图4）。晶须材料对弯曲强度的影响较大（图5），加入硅灰石后材料的弯曲强度略有提高，无水硫酸钙晶须与无水碳酸镁晶须可将产品的弯曲强度提高50%以上。随着晶须材料加入量的增加，硅灰石的性能有较大的提升。由图3～5可见，三水碳酸镁晶须对产品性能没有积极的贡献，甚至较对照品性能更差。

图2 不同晶须对冲击强度的影响Fig.2 Influence of different whiskers on impact strength

图3 不同晶须对拉伸强度的影响Fig.3 Influence of different whiskers on tensile strength

图4 不同晶须对断裂伸长率的影响Fig.4 Influence of different whiskers on elongation at break

图5 不同晶须对弯曲强度的影响Fig.5 Influence of different whiskers on bending strength

2.3 不同晶须用量对材料热变形性能的影响

从图6可见，根据上述配方制备的产品对热变形性能无太大提高。

图6不同晶须对热变形性能的影响Fig.6 Influence of different whiskers on thermal deformation

2.4 晶须中结晶水的影响

图3 、4明显显示，三水碳酸镁晶须的性能远不如无水碳酸镁晶须，甚至较硅灰石都差。三水碳酸镁晶须中的结晶水结合不牢固[5]，有可能在玻璃钢样品制作过程中，结晶水影响了树脂的固化，进而影响产品的性能，该问题有待于进一步研究。

2.5 硅灰石

硅灰石是一种天然矿石研磨制备的填料，一般是纤维状、针状或放射状，不含结晶水，吸湿性小，熔点高，热胀系数小，耐热稳定性好，力学性能和电性能优良，其长径比可达10～15[6]。本研究的结果显示，硅灰石可作晶须的替代品，对玻璃钢制品的性能有一定的提高，但与无水硫酸钙晶须及无水碳酸镁晶须相比，其对玻璃钢制品的性能的影响存在明显差距。