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乙烯基酯樹(shù)脂耐低溫性能探討
(上海富晨化工有限公司 上海 200235)
摘要:本文就乙烯基酯樹(shù)脂在低溫下的性能作一探討。
關(guān)鍵詞:低溫性能 乙烯基酯 應(yīng)用
1、 前言
由甲基丙烯酸與環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行開(kāi)環(huán)酯化反應(yīng)而得到的產(chǎn)物稱(chēng)之為乙烯基酯樹(shù)脂,其工藝性能和不飽和聚酯樹(shù)脂相似,化學(xué)結(jié)構(gòu)又和環(huán)氧樹(shù)脂相近,并且由于乙烯基酯樹(shù)脂較通用型不飽和樹(shù)脂的酯鍵含量為低,故具優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。目前正作為一種性能優(yōu)良的耐腐蝕樹(shù)脂在化工防腐蝕設(shè)備和工程中得到廣泛應(yīng)用,因此許多玻璃鋼制作廠(chǎng)家和樹(shù)脂生產(chǎn)廠(chǎng)家,對(duì)乙烯基酯樹(shù)脂尤其是高溫下的耐腐蝕性能和其它性能進(jìn)行了較多的研究和試驗(yàn),而對(duì)乙烯基酯樹(shù)脂的低溫性能研究甚少,實(shí)際上乙烯基酯樹(shù)脂在低溫下的應(yīng)用也是較為廣泛的:如大型風(fēng)力發(fā)電裝置的玻璃鋼葉片、衛(wèi)星天線(xiàn)罩等,這些裝置運(yùn)行對(duì)樹(shù)脂的低溫性能要求相當(dāng)高。室外風(fēng)力設(shè)備的葉片有較長(zhǎng)的一段時(shí)間運(yùn)行于-40℃的低溫環(huán)境中;而在軌道運(yùn)行中的衛(wèi)星,更處于高低溫(-80~80℃)交變的環(huán)境中。近期正值乙烯基酯樹(shù)脂成功應(yīng)用于某氣象衛(wèi)星,其中就涉及到低溫性能,本文就乙烯基酯樹(shù)脂的低溫性能作一探討。
2、 樹(shù)脂的低溫性能
樹(shù)脂在低溫下的穩(wěn)定性稱(chēng)為耐低溫性或耐寒性,通常以耐寒溫度表示。如以寒冷地區(qū)的室外為對(duì)象,則要求樹(shù)脂能耐-30℃~-40℃低溫。若要使用于超低溫如空氣分離或低溫下的振動(dòng)設(shè)備,則要求更高。以上這些應(yīng)用均對(duì)乙烯基酯樹(shù)脂的耐低溫性能提出了較高的要求。研究樹(shù)脂包括乙烯基酯樹(shù)脂的耐低溫性具有實(shí)際意義。
在低溫條件下,乙烯基酯樹(shù)脂的各項(xiàng)性能發(fā)生了較大變化,表2.1中列出了乙烯基酯樹(shù)脂的各項(xiàng)性能的變化情況。
表2.1 乙烯基酯樹(shù)脂的低溫性能變化趨勢(shì)
性 能 |
變 化 |
拉伸強(qiáng)度 |
增大 |
壓縮強(qiáng)度 |
增大 |
彎曲強(qiáng)度 |
增大 |
彈性模量 |
增大 |
伸長(zhǎng)率 |
下降 |
沖擊強(qiáng)度 |
增大或下降 |
收縮率 |
增大 |
隨著溫度的降低,乙烯基酯樹(shù)脂中的分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)減慢,結(jié)構(gòu)趨于有序排列;樹(shù)脂將會(huì)發(fā)生收縮,柔性越好收縮越大,同時(shí)樹(shù)脂伸長(zhǎng)率會(huì)下降,而拉伸強(qiáng)度和彈性模量將增大,彎曲強(qiáng)度也會(huì)增加,樹(shù)脂呈現(xiàn)脆性?xún)A向。
乙烯基酯樹(shù)脂的耐寒性與材料在低溫下變硬變脆有關(guān),常用脆化溫度(Tb)來(lái)表示。工程上常把在某一低溫下,樹(shù)脂受力作用時(shí),只有極少變形就產(chǎn)生脆性破壞的這個(gè)溫度稱(chēng)為脆化溫度。Tb溫度取決于樹(shù)脂的種類(lèi)與結(jié)構(gòu),一般情況下,分子量大,耐寒性好,Tb低;分子間的作用力或交聯(lián)密度增大會(huì)使Tb上升;分子間隙大,自由體積比例大,耐寒性好。但Tb溫度受測(cè)試方法的影響較大,因此Tb溫度在實(shí)際應(yīng)用中很少用于表征樹(shù)脂的耐低溫性,尤其是乙烯基酯樹(shù)脂之類(lèi)的熱固性樹(shù)脂。乙烯基酯樹(shù)脂一般情況下按《纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能試驗(yàn)準(zhǔn)則》(GB9979-88)或《塑料高低溫物理性能測(cè)試的推薦實(shí)施方法》(ASTM D579)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),以考察樹(shù)脂的耐低溫性能。
3、 乙烯基酯樹(shù)脂的測(cè)試結(jié)果
經(jīng)10個(gè)循環(huán)周期試驗(yàn),乙烯基樹(shù)脂玻璃鋼試板無(wú)裂紋、發(fā)白、脫膠、鼓泡等老化現(xiàn)象,證明樹(shù)脂耐高低溫交變性良好;同時(shí)對(duì)玻璃鋼層合板在低溫下的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,并與常溫下力學(xué)性能進(jìn)行了比較,如表3.1。
表3.1乙烯基酯樹(shù)脂的低溫下力學(xué)性能
溫度(℃) |
24℃ |
-80℃ |
拉伸強(qiáng)度Mpa |
204.0 |
220.0 |
拉伸模量Gpa |
13.3 |
13.9 |
彎曲強(qiáng)度Mpa |
230.0 |
281.1 |
彎曲模量Gpa |
8.5 |
9.0 |
*鋪層結(jié)構(gòu):1層短切氈+1層04布+1層短切氈+1層04布+1層短切氈
4、 乙烯基酯樹(shù)脂在低溫下的應(yīng)用
4.1如前文所言,乙烯基酯樹(shù)脂制作的衛(wèi)星天線(xiàn)罩部件,在太空軌道運(yùn)作中,所應(yīng)承受的低溫達(dá)到-80℃。
4.2目前引人注目的清潔能源--風(fēng)能發(fā)電設(shè)備中,由于采用玻璃鋼(FRP)葉片,在室外尤其是處于高緯度地區(qū),一到冬季,要經(jīng)受近3-4個(gè)月的低溫惡劣天氣,其運(yùn)作時(shí)的溫度為-40℃。
參考文獻(xiàn):
[1] 中國(guó)科技大學(xué)高分子物理教研室:《聚合物的結(jié)構(gòu)與性能》,科學(xué)出版社,1981。
[2] 潘鑒元等:《高分子物理》,廣東科技出版社,1981。
[3] 沈利新等.衛(wèi)星天線(xiàn)罩的手糊工藝研究.全國(guó)第十四屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集:168-169。
[4] 沈開(kāi)猷.不飽和聚酯樹(shù)脂及其應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996.
[5] D.Evans,Plastics and Rubber Materials and Applications, 1976, Vol.1.
[6] E.P.Roth,J,Applied Physics,1976,Vol.10.
Vinyl Ester Resin Resistance to Extreme Low Temperature
Wang Tiantang Lu Shiping
(Shanghai Fuchen Chemicals Corp., Shanghai 200235, P.R.China)
Abstract: the property of vinyl ester resin in extreme low temperature is discussed.
Keywords: property in extreme low temperature; vinyl ester resin; application