、不飽和聚酯樹(shù)脂的分類
根據(jù)其不同的分子結(jié)構(gòu),或者根據(jù)其性能及用途,或者根據(jù)所用的工藝方法,均可對(duì)其樹(shù)脂品種進(jìn)行分類。
1).按其分子結(jié)構(gòu)來(lái)劃分,可分為鄰苯型、對(duì)苯型、間苯型、雙酚A型、乙烯基型等樹(shù)脂品種;
2).按其所用的工藝方法來(lái)劃分,可分為手糊、噴射、纏繞、澆鑄、拉擠、RTM、SMC/BMC等樹(shù)脂品種。
3).按產(chǎn)品性能及用途來(lái)分類,可分為如下的類別:
△通用型不飽和聚酯樹(shù)脂:這種樹(shù)脂是應(yīng)用得多的樹(shù)脂品種,如191、196樹(shù)脂等。
△柔韌型不飽和聚酯樹(shù)脂:這種樹(shù)脂制成玻璃鋼制品后,其制品具有較好的柔韌性。其牌號(hào)為T(mén)M182、304、T541等。
△彈性不飽和聚酯樹(shù)脂:這種樹(shù)脂具有較高的彎曲強(qiáng)度,更堅(jiān)韌而無(wú)脆性,適宜制作家具高檔涂料,以及機(jī)器外殼等。
△耐化學(xué)藥品型的不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂具有較好的耐腐蝕性能,由于腐蝕介質(zhì)種類很多,因此針對(duì)不同的介質(zhì)可以使用不同的耐腐蝕樹(shù)脂。其牌號(hào)有197、3301、323、MFE-2等。
△阻燃型不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂可分為合成型和添加型兩種,均可達(dá)到阻燃的效果。其牌號(hào)為:7901、S-906、TM302、317等。
△耐熱型不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂可以制成在較高溫度下使用的玻璃鋼制品,其熱變形溫度至少不低于110℃。其牌號(hào)為∶TM197、TM199、S685等。
△光穩(wěn)定型和耐氣候型不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂具有較好的耐大氣的老化性能,暴露在日光條件下可以*使用,仍保存一定的使用性能。其牌號(hào)為:TM195、S692、F45、515等。
△空氣干燥型不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂具有空干性,即暴露在空氣中進(jìn)行固化,其表面不會(huì)發(fā)粘,以便改善其工藝性能及產(chǎn)品的使用性能,但其固化條件仍與通用型不飽和樹(shù)脂的相同,在低溫或室溫下進(jìn)行固化。牌號(hào)為:SGA20、桐酸型不飽和聚酯樹(shù)脂等。
△鑄塑型不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂是一類低收縮、低放熱的樹(shù)脂,其主要的特性是鑄塑時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂紋及破裂,可避免產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,并且顏色淺,透明性好。其牌號(hào)為:SB39、S793等。
△膠衣不飽和聚酯樹(shù)脂(通常稱為膠衣樹(shù)脂)∶這類樹(shù)脂在手工制作玻璃鋼制品時(shí)十分重要。它不但可以起到玻璃鋼表面的保護(hù)層作用,而且可以起到表面的裝飾效果,起著十分重要的作用。由于玻璃鋼制品的使用環(huán)境及要求各不相同,因此必須根據(jù)實(shí)際情況,選用不同品種的膠衣樹(shù)脂。目前的牌號(hào)為∶TM-33、TM-35、S-739、膠衣33等。
△SMC/BMC不飽和聚酯樹(shù)脂:這類樹(shù)脂的主要特點(diǎn)是粘度低、增稠快、活性高,能快速固化(簡(jiǎn)稱SMC/BMC樹(shù)脂),耐水性和耐熱性能好,穩(wěn)定性好等。目前的牌號(hào)為:S-816、S-817等。
4、不飽和聚酯樹(shù)脂的發(fā)展歷史
與現(xiàn)有的商業(yè)化化工建材類產(chǎn)品如醇酸樹(shù)脂、酚醛塑料、鋼材等產(chǎn)品比較,不飽和聚酯樹(shù)脂(UPR)的發(fā)展歷史相對(duì)要短些。
1933年,*在商業(yè)上出現(xiàn)了順丁烯二酸酐(順酐)產(chǎn)品,這種順酐產(chǎn)品是通過(guò)用 作為催化劑催化苯的氧化物得到的。在這以前,不飽和聚酯樹(shù)脂實(shí)質(zhì)上還是未知的。順酐是制造不飽和聚酯樹(shù)脂的基礎(chǔ)原料,順酐的雙鍵賦予了不飽和聚酯樹(shù)脂不飽和性。1930年以后發(fā)明家Johnson報(bào)導(dǎo)了不飽和聚酯(未加苯乙烯)固化后是一種不溶、難熔的物質(zhì),與此同時(shí)Carlton Ellis發(fā)現(xiàn)如果在聚酯中加入單體(如苯乙烯)聚酯在固化程度上會(huì)有顯著的改變。直到1941年,不飽和聚酯樹(shù)脂才被應(yīng)用到商業(yè)上,實(shí)際上那時(shí)不飽和聚酯樹(shù)脂還是比較昂貴的。1942年,用玻璃纖維增強(qiáng)橡膠的技術(shù)得到了成功應(yīng)用,才發(fā)展到用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂。同一年,美國(guó)橡膠公司首先投產(chǎn)不飽和聚酯樹(shù)脂,這種技術(shù)*被應(yīng)用于軍事上制造雷達(dá)天線罩,其重量輕、強(qiáng)度高、透波性好、制造方便等特點(diǎn)立即發(fā)揮了其優(yōu)勢(shì)。
1945年以后,不飽和樹(shù)脂被推廣到民用,1946年開(kāi)始*用玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂制造船體外殼。但直到1948年或1949年早期玻璃鋼船和玻璃纖維增強(qiáng)材料才真正被用于商業(yè)制造,較高的造價(jià)是阻礙不飽和聚酯玻璃鋼材料發(fā)展的重要因素。1950年以后,不飽和聚酯樹(shù)脂在涂料和澆鑄等方面的應(yīng)用有了新的突破,不飽和聚酯樹(shù)脂的制造技術(shù)和成型加工方法也有了重大改進(jìn),使聚酯樹(shù)脂產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的大批量生產(chǎn)。1942年世界不飽和聚酯樹(shù)脂的產(chǎn)量還少于1000噸。十年后的1952年,世界不飽和聚酯樹(shù)脂產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到8600;1962年達(dá)到10萬(wàn)噸;1972年達(dá)到32萬(wàn)噸;1977年達(dá)到45萬(wàn)噸;1984年達(dá)120萬(wàn)噸;到2002年*總產(chǎn)量已超過(guò)250萬(wàn)噸,這樣的數(shù)據(jù)表明,不飽和聚酯樹(shù)脂在世界范圍內(nèi)發(fā)展是很迅速的。
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,不飽和聚酯樹(shù)脂的品種也正不斷的增加。
增強(qiáng)材料概述
當(dāng)加入樹(shù)脂中,能使樹(shù)脂制品的力學(xué)性能得以顯著提高的,那些纖維狀或其織物的填料,稱為增強(qiáng)材料。常用的增強(qiáng)材料,有玻璃纖維或其織物,碳纖維或其織物,有機(jī)纖維或其織物,金屬纖維或其織物等。
增強(qiáng)材料的主要功能是賦予復(fù)合材料以高強(qiáng)度和高模量等力學(xué)性能。尤其是纖維狀增強(qiáng)材料,其抗拉強(qiáng)度和拉伸彈性模量,比同材料塊材的要大得多。例如,E玻璃纖維和硼纖維的抗拉強(qiáng)度,均約為3450兆帕,氧化鋁纖維的抗拉強(qiáng)度約為689兆帕,其數(shù)值都遠(yuǎn)高于相應(yīng)塊狀材料的抗拉強(qiáng)度。由此可見(jiàn),使用這些高強(qiáng)度纖維所制得的復(fù)合材料,其強(qiáng)度將遠(yuǎn)比塊狀材料復(fù)合所得的要高得多。
常用于制作玻璃鋼的玻璃纖維如下:
1).E-玻璃 亦稱無(wú)堿玻璃,系一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應(yīng)用較廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分,具有良好的電氣絕緣性及機(jī)械性能,廣泛用于生產(chǎn)電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產(chǎn)玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點(diǎn)是易被無(wú)機(jī)酸侵蝕,故不適于用在酸性環(huán)境。
2)、C-玻璃 亦稱中堿玻璃,其特點(diǎn)是耐化學(xué)性特別是耐酸性優(yōu)于無(wú)堿玻璃,但電氣性能差,機(jī)械強(qiáng)度低于無(wú)堿玻璃纖維10%~20%,通常國(guó)外的中堿玻璃纖維含一定數(shù)量的三氧化二硼,而我國(guó)的中堿玻璃纖維則*不含硼。在國(guó)外,中堿玻璃纖維只是用于生產(chǎn)耐腐蝕的玻璃纖維產(chǎn)品,如用于生產(chǎn)玻璃纖維表面氈等,也用于增強(qiáng)瀝青屋面材料,但在我國(guó)中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產(chǎn)量的一大半(60%),廣泛用于玻璃鋼的增強(qiáng)以及過(guò)濾織物,包扎織物等的生產(chǎn),因?yàn)槠淙烁竦陀跓o(wú)堿玻璃纖維而有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
3)、高強(qiáng)玻璃纖維 其特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模量,它的單纖維抗拉強(qiáng)度為2800MPa,比無(wú)堿玻纖抗拉強(qiáng)度高25%左右,彈性模量86000MPa,比E-玻璃纖維的強(qiáng)度高。用它們生產(chǎn)的玻璃鋼制品多用于 、空間、 盔甲及運(yùn)動(dòng)器械。但是由于價(jià)格昂貴,目前在民用方面還不能得到推廣,*產(chǎn)量也就幾千噸左右。
4)、AR玻璃纖維 亦稱耐堿玻璃纖維,主要是為了增強(qiáng)水泥而研制的。
5)、A玻璃 亦稱高堿玻璃,是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃,因耐水性很差,很少用于生產(chǎn)玻璃纖維。
6)、E-CR玻璃 是一種改進(jìn)的無(wú)硼無(wú)堿玻璃,用于生產(chǎn)耐酸耐水性好的玻璃纖維,其耐水性比無(wú)堿玻纖改善7~8倍,耐酸性比中堿玻纖也*不少,是專為地下管道、貯罐等開(kāi)發(fā)的新品種。
7)、D玻璃 亦稱低介電玻璃,用于生產(chǎn)介電強(qiáng)度好的低介電玻璃纖維。
其中E玻璃纖維及其制品的用量多。除了以上的玻璃纖維以外,近年來(lái)還出現(xiàn)一種新的雙玻璃成分的玻璃纖維,已用在生產(chǎn)玻璃棉中,據(jù)稱在作玻璃鋼增強(qiáng)材料方面也有潛力。此外還有無(wú)氟玻璃纖維,是為環(huán)保要求而開(kāi)發(fā)出來(lái)的改進(jìn)型無(wú)堿玻璃纖維。
增強(qiáng)用玻璃纖維制品品種與用途:
1、無(wú)捻粗紗
無(wú)捻粗紗是由平行原絲或平行單絲集束而成的。無(wú)捻粗紗按玻璃成分可劃分為:無(wú)堿玻璃無(wú)捻粗紗和中堿玻璃無(wú)捻粗紗。生產(chǎn)玻璃粗紗所用玻纖直徑從12~23μm。無(wú)捻粗紗的號(hào)數(shù)從150號(hào)到9600號(hào)(tex)。無(wú)捻粗紗可直接用于某些復(fù)合材料工藝成型方法中,如纏繞、拉擠工藝,因其張力均勻,也可織成無(wú)捻粗紗織物,在某些用途中還將無(wú)捻粗紗進(jìn)一步短切。
?。?)噴射用無(wú)捻粗紗 適合于玻璃鋼噴射成型使用的無(wú)捻粗紗要具備如下性能:①良好的切割性,在連續(xù)高速切割時(shí)產(chǎn)生的靜電少;②無(wú)捻粗紗切割后分散成原絲的效率要高,也即分束率高,通常要求90%以上;③短切后的原絲具有優(yōu)良的覆模性,可覆蓋在模具的各個(gè)角落;④樹(shù)脂浸透快,易于被輥?zhàn)虞伷讲⒁子隍?qū)趕氣泡;⑤原絲筒退解性能好,粗紗線密度均勻,適合于各種噴槍及纖維輸送系統(tǒng)。噴射用無(wú)捻粗紗都是由多股原絲絡(luò)制而成,每股原絲含200根玻纖單絲。
?。?)SMC用無(wú)捻粗紗 SMC即片狀模塑料,主要用于壓制汽車部件、浴缸、水箱板、凈化槽、各種座椅等。SMC用無(wú)捻粗紗在制造SMC片材時(shí)要切成lin(25mm)的長(zhǎng)度,分散在樹(shù)脂糊中,因此對(duì)SMC用無(wú)捻粗紗的要求是短切性好,毛絲少,抗靜電性優(yōu)良,在切割時(shí)短切絲不會(huì)粘附在刀輥上。對(duì)著色的SMC而言,無(wú)捻粗紗要在高顏料含量的樹(shù)脂糊中被樹(shù)脂浸透。通常SMC無(wú)捻粗紗一般為2400tex,少數(shù)情況下也有用4800tex的。
?。?)纏繞用無(wú)捻粗紗 纏繞法用于制造各種口徑的玻璃鋼管、貯罐等。纏繞用無(wú)捻粗紗的號(hào)數(shù)從1200號(hào)到9600號(hào),纏繞大型管道及貯罐多傾向于直接無(wú)捻粗紗,如4800tex的直接無(wú)捻粗紗。對(duì)纏繞用無(wú)捻粗紗的要求如下:①成帶性好,呈扁帶狀;②無(wú)捻粗紗退解性好,在從紗筒退解時(shí)不脫圈,不形成"鳥(niǎo)巢"狀亂絲;③張力均勻,無(wú)懸垂現(xiàn)象;④線密度均勻,一般須小于±7%;⑤無(wú)捻粗紗浸透性好,從樹(shù)脂槽通過(guò)時(shí)易為樹(shù)脂潤(rùn)濕及浸透。
?。?)拉擠用無(wú)捻粗紗 拉擠用于制造斷面*的各種型材,其特點(diǎn)是玻纖含量高,單向強(qiáng)度大。拉擠用無(wú)捻粗紗可以是多股原絲并合的也可以是直接的無(wú)捻粗紗,其線密度范圍為1100號(hào)到4400號(hào)。各種性能要求與纏繞無(wú)捻粗紗大體相同。
?。?)織造用無(wú)捻粗紗 無(wú)捻粗紗的一個(gè)重要用途是織造各種厚度的方格布或單向無(wú)捻粗紗織物,它們大多用于手糊玻璃鋼成型工藝中。對(duì)強(qiáng)造用無(wú)捻粗紗有如下要求:①良好的耐磨性;②良好的成帶性;③織造用無(wú)捻粗紗在織造前需經(jīng)強(qiáng)制烘干;④無(wú)捻粗紗張力均勻,懸垂度應(yīng)符合一定標(biāo)準(zhǔn);⑤無(wú)捻粗紗退解性好;⑥無(wú)捻粗紗浸透性好。
(6)預(yù)型體用無(wú)捻粗紗 在預(yù)型體工藝中,無(wú)捻粗紗被短切并噴附在預(yù)定形狀的網(wǎng)上,同時(shí)噴少量樹(shù)脂使纖維網(wǎng)固定成形,然后將成形的纖維網(wǎng)片移入金屬模具中,注入樹(shù)脂熱壓成形,即得制品。對(duì)于這種工藝的無(wú)捻粗紗的性能要求與對(duì)噴射無(wú)捻粗紗的要求基本相同。