环氧树脂与玻璃纤维复合材料的性能研究

环氧树脂与玻璃纤维复合材料俗称环氧玻璃钢, 以其质量轻、耐腐蚀好、强度高、使用寿命长、施工方便、价廉等许多优点而深受人们的重视和推崇, 广泛应用于工业和民用的许多领域[ 1] ,因此选择此类材料进行实验。
1. 1 环氧树脂与玻璃纤维复合材料制备所用原料分析
环氧树脂与玻璃纤维复合材料所用原料有环氧树脂、增强用玻璃纤维、固化剂、增韧剂、稀释剂及填料。
环氧树脂: 主要起粘结、固化的作用, 具有很高的粘结性能、固化收缩性低、优良的韧性( 已固环氧树脂的韧性比已固酚醛树脂的韧性约大7 倍) 、良好的耐蚀性能( 在已固化的环氧树脂结构中, 含有稳定的苯环、醚键及脂肪羟基, 因而具有良好的耐酸、碱侵蚀性能) 、良好的工艺性能( 环氧树脂可与多种树脂互溶, 易溶于酒精、丙酮、甲苯等溶剂中, 易在常温下固化成型) 、优良的物理机械性能[ 2] 。由于环氧树脂是含环氧基团的许多种树脂的泛称,采用双酚A 型环氧树脂E- 44, 软化点12 e ~ 20 e , 环氧值0. 41~ 0. 47( 当量/ 100 g) , 分子量350~ 400。
玻璃纤维: 在复合材料中起增加强度的作用, 制备环氧玻璃钢采用0. 2 mm 厚的无碱无捻方格玻璃布, 由于无碱玻璃纤维的耐水性比有碱玻璃纤维优良。所用玻璃布的纤维为中级纤维, 纤维直径为10 Lm~ 20 Lm, 拉伸强度为2 500 kg/ cm
2~ 8 000 kg/ cm2,弹性模量为0. 3@ 106 kg / cm2~ 0. 7 @ 106 kg/ cm2。
固化剂: 不同种类的环氧树脂固化剂, 对环氧树脂与玻璃纤维复合材料的性能影响较大, 选用的固化剂为芳香胺类低毒环保型环氧树脂固化剂JA- 1 型, 该固化剂掺量低, 在低温及潮湿环境下可以和环氧树脂发生反应, 交联为网状结构使环氧树脂充分固化。增韧剂: 为使固化后的材料具有一定的韧性, 采用邻苯二甲酸二丁酯作为环氧树脂玻璃钢的增韧剂。
稀释剂: 为了减小树脂本身的粘度、改善树脂对玻璃布的浸润, 采用非极性溶剂丙酮作为稀释剂。
填料: 采用石英粉, 填料的加入可以降低树脂收缩性、降低固化时的放热效应和热膨胀系数、提高粘结性并改善机械性能。
1. 2 环氧树脂胶液配合比的确定
环氧树脂胶液的配合比对复合材料的制备以及各项物理化学性能影响较大。不同固化剂掺量对固化时间的影响很大, 丙酮加入量的多少直接影响到胶液对玻璃纤维的浸润程度和成品的胶含量, 过多的填料直接沉淀在容器底部。经过常温下对不同配合比的试验, 在环氧树脂E- 44 为100 g 和邻苯二甲酸二丁酯的量为5 g 不变的情况下, 分别加入20 g , 25 g , 30 g 丙酮, 试验胶液对玻璃纤维的浸润程度, 当丙酮加入量在20 g 时, 胶液对玻璃纤维浸润较慢, 影响操作; 当丙酮加入量在25 g 时即能使胶液对玻璃纤维快速浸润; 当丙酮加入量在30 g 时也能使胶液对玻璃纤维快速浸润, 但由于丙酮最终会全部挥发, 因而造成经济上的浪费; 所以丙酮加入量在25 g 即可。在环氧树脂E- 44 和邻苯二甲酸二丁酯的量不变的情况下, 丙酮加入量在25 g 时, 分别加入16 g, 18 g ,20 g 的JA- 1 型环氧树脂固化剂搅拌均匀, 涂在玻璃布上, 常温放置, 固化时间分别为12 h, 8 h 和6. 5 h, 考虑到本研究最终用途为工程应用, 为了施工方便, 选用的JA- 1 型环氧树脂固化剂的加入量为18 g, 即确定的环氧树脂胶液的配合比见表1。