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以不饱和聚酯树脂为基的玻璃钢复合材料防老化研究进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-06  来源:天津合成材料研究所  作者:王玉民 郭振宇 宁培森  浏览次数:92

不饱和聚酯树脂(UPR)是一类通用型树脂,以它为基础的玻璃纤维增强塑料(GFRP),通常称为“玻璃钢”,该种材料是由增强体玻璃纤维与基体树脂构成,玻璃纤维是无机物,树脂是有机物,为使二者紧密结合,通常在玻璃纤维上进行涂层处理。该种材料是一种复合材料,综合性能好,这种材料单位质量机械强度比铝合金高,密度只有钢结构的1/4,抗拉强度超过钢材,因此常用来代替金属用于建筑、汽车、造船、航空、化工、摩托车等行业。据估计,我国2010年玻璃钢产量将达90万吨,此种复合材料大都在户外使用,在日光和空气的作用下发生老化 使制品表面失去光泽,树脂与玻璃纤维剥离,机械强度下降,逐渐失去使用价值,防止或延缓GFRP的老化问题一直是工业界的一个重要的研究课题,现已取得长足的进展。UPR老化的本质是从酯键开始的一系列复杂的化学反应。研究表明,氧化的结果,使酯键断裂,网络结构破坏,释放出的主要分解产物为一氧化碳、二氧化碳,同时伴随着分子交联,材料变黄、脆化。另外,UPR分子中的酯键在使用过程中(尤其是与水接触)发生水解反应 也是其老化的一个重要因素。

1 用于GFRP的稳定剂

为防止或延缓GFRP的老化,延长制品的使用寿命,通常有两种方法:一为在制品表面进行涂装,使其表面有一种保护层,可抵抗光、氧、风吹雨打的侵蚀,从而延长制品的使用寿命;二为在基体树脂中添加稳定剂(紫外线吸收剂、抗氧剂等)使树脂稳定化。无论那种方法都需要稳定剂。
  用于GFRP的稳定剂大多为传统的有机稳定剂。
       1.1 紫外线吸收剂
  该类产品中主要有:苯并三唑、二苯甲酮、三嗪类等,它们是用于UPR树脂的主要稳定剂,二苯甲酮和苯并三唑紫外线吸收剂应用较多,其稳定机理相同,都是其分子内存在分子内氢键构成螯合环,当它们吸收紫外光的能量后,产生分子热振动,氢键破坏,螯合环打开,分子内的结构发生变化,将有害的紫外光转变为无害的热能,从而保护了材料。
      1.2 受阻胺光稳定剂(HALS)
  HALS是20世纪70年代发展起来的一类新型光稳定剂,其稳定机理独特,它不吸收波长大于250nm的光,但却具有优异的光稳定性,已被广泛地应用于塑料工业。经大量的研究认为,在光氧化的条件下HALS可以(至少部分地)转化成硝酰自由基,这种硝酰自由基才是真正的稳定组分,它可以捕获自由基,起到稳定作用。
      1.3 自由基封闭剂
  该类稳定剂的作用原理是:其大分子中所含有的活性氢原子与降解过程中产生的大分子自由基反应生成大分子氢过氧化物稳定的自由基。该类稳定剂俗称“抗氧剂”。主要品种有:受阻酚类的抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂2246、芳香族仲胺类等。
       1.4 过氧化物分解剂
  该类稳定剂有硫酯和亚磷酯两大类,其作用原理为:它将氢过氧化物还原为相应的醇,而自身转化为磷酸酯,它常与自由基封闭剂(主抗氧剂)并用,一般不单独使用。该类稳定剂俗称“副抗氧剂”。主要品种有:助抗氧剂DLTP,2,2 硫代双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸乙酯,亚磷酯类有助抗氧剂168、亚磷酸(壬基苯基)酯、二亚磷酸(壬基苯基)酯等。

2 GFRP表面涂装防老化处理
       
       长期以来,国内大部份的玻璃钢表面防护主要采用喷漆或喷涂胶衣树脂等简单方法,质量差,且需要经常维护。对玻璃钢制品表面进行涂装是解决此类问题的一个重要方法。
  GFRP制品的耐候性、耐磨性较差,硬度低,限制了其应用范围。某些特殊应用环境,例如,外壳、容器、盖子、贴面板等,对其表面质量的要求很高。
  随着经济的发展,市场上要求外观美、性价比高的GFRP制品。表面涂装可使其表面美观,经久耐用,提高产品的附加值,因此该类技术受到国内外的重视,成为该领域的一个研究热点。
  常德师范学院的周诗彪研制的牌号为NBP-1的GFRP专用涂料,较好地解决了这些问题。该种涂料是将丙烯酸树脂、颜料、填充料研磨后,加入溶剂、助剂(包括光稳定剂)、添加剂等进行研磨混匀制成的。用含有不同的紫外线吸收剂的涂料涂装的GFRP,经人工老化后的有关数据列于表1。

 
 
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