乙烯基酯树脂低温特性研究

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  欧阳作者2013-02-18 21:41#2

  Study on Low Temperature Properties of Vinyl Ester Resin

                                                                                              LAODUWU,XXX, XXXX

  (XXXXXXCo., Ltd. Changzhou, 213102,China)

  Abstract：Tensile strength, tensile elongation, flexural strength, coefficient of linear thermal expansion, thermal conductivity, strength retention rate of cycling temperature of vinyl ester resin FRP under low temperature are studied in this paper. These data can provide some theoretical guidance for the application of vinyl ester resin in low temperature and cyclic temperature changes.

  Key Words:  Vinyl Ester Resin; FRP;Low Temperature Properties; Coefficient of Linear Thermal Expansion

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  欧阳作者2013-02-18 21:42#3

  0 引言

          乙烯基酯树脂不仅是“重防腐树脂”的代名词，而且因其良好的操作工艺性、良好的粘结性能、良好的耐热性、制品具有非常好的比强度和比模量，故而在“树脂重防腐[1-3]”之外的诸多领域也得到了广泛的应用，例如涂料、胶泥、模具、高性能复合材料等。

          随着国内乙烯基酯树脂的终端应用领域进一步拓宽，研究乙烯基酯树脂复合材料耐高温的文献较多，应用拓展也很多，但在低温工程以及低温交变工程中，我们的乙烯基酯树脂复合材料应用其实并不少，而深入考察低温场合下的力学性能的变化、耐腐蚀性能的变化的，少之甚少。一者与国内的科研风气有关，不能马上转变成经济效益，做这类研究的高校或科研院所就少了；二者也与做这类实验的繁琐程度，成本太高也有关系；而一般企业单位做这类实验有不具备必要的硬件条件。

        XXXX有限公司秉承了日系企业严谨的做事的风格，公司配备了IR、GPC、GC、DSC、DEA、TMA、TG、NMR、万能试验机、冲击试验机、阿贝折光仪、分光光度计、水分滴定仪、热变形仪、石英膨胀计、热导率测试仪、水质多参数速测仪、电位滴定仪、显微镜等仪器，在基础理论数据方面，XXX公司一贯鄙视“人云亦云”的作风风格，无论是宏观的力学性能的表征，还是微观的IR、GPC等分析对比，还是不同温度下的耐腐蚀加速老化试验，XXX公司都秉承日系企业的谨慎风格，务必自己亲自测试确认，才会对客户进行指导。本文低温下乙烯基酯树脂复合材料性能的研究，就是为低温场合应用的客户提供数据支持和指导。本文的研究对XXX公司下游客户，尤其是气候偏冷的地区客户以及终端制品长期应用于寒冷或交变温度场合下的客户（如风力发电叶片、卫星天线罩等），必将具备一定的指导意义。

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  欧阳作者2013-02-18 21:45#4

  1  实验部分

         原料：标准双酚A型环氧乙烯基酯树脂HS-4430(XXXX有限公司商品)；标准酚醛环氧型乙烯基酯树HS-4457(XXXX有限公司商品)；环烷酸钴(Co:6%)(上海长风化工厂)；Butanox LPT(天津阿克苏诺贝尔公司)；30g/m2表面毡(S)、450g/m2短切毡(M)、600g/m2方格布(W)都为巨石玻纤。

        浇铸体板制作：厚4mm，固化程序：25℃ *24h+100℃*2h+120℃*2h。

        玻璃钢积层品制作：手糊制作，厚6mm，自上而下结构为S/M/M/W/M/W/M/S，固化程序：25℃ *24h+100℃*2h+120℃*2h。

        实验方法：参照相应国标，采用配备低温烘箱的万能力学试验机测试试样的弯曲(加载速度2mm/min)、拉伸性能(加载速度1mm/min)；石英膨胀计测定试样的线性膨胀系数；采用热导率测试仪测试样的热导率。

  
  

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  欧阳作者2013-02-18 21:46#5

  2 结果与讨论[4-6]

  2.1 拉伸性能

        23℃、0℃、-20℃、-50℃各种温度下，浇铸体和玻璃钢的拉伸性能如下面几图所示。

  

  图1 不同温度下HS-4430、HS-4457的浇铸体的拉伸强度

  
  
  

  

  图2 不同温度下HS-4430、HS-4457的浇铸体的拉伸断裂延伸率

  

  图3 不同温度下HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品的拉伸强度

           图1～图3表述的HS-4430和HS-4457在不同温度环境下的拉伸强度和延伸率。

          图1可知，纯树脂浇铸体的拉伸强度随温度降低，在-20℃之前，拉伸强度下降不明显，再将低，拉伸强度下降，标准酚醛环氧乙烯基酯树脂HS-4457表现得尤为明显，在-50℃环境下，拉伸强度仅为23℃时的53%，这说明纯乙烯基酯树脂浇铸体在该温度下并无太大实用价值。

          图2可知，纯树脂浇铸体的拉伸断裂延伸率随温度降低下降非常明显，这说明纯乙烯基酯树脂浇铸体在低温下非常脆，并无太大实用价值。这是因为固化物的玻璃钢随温度降低，分子无规则热运动减慢，结构趋于有序排列，树脂将会发生收缩，柔性越好收缩越大，伸长率下降得越多。

          图3可知，树脂积层品玻璃钢的拉伸强度随温度降低变化并不大，甚至稍有上升。这与玻璃钢积层品在相当程度上减少了树脂的相对收缩有关。数据表明HS-4430和HS-4457的玻璃钢产品在-50℃以内的低温下的拉伸强度并无过大的衰减，完全可以达到实际应用需要。

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  欧阳作者2013-02-18 21:48#6

  2.2 弯曲性能

            23℃、0℃、-20℃、-50℃各种温度下，浇铸体和玻璃钢的弯曲性能如下面几图所示。

  

  图4 不同温度下HS-4430、HS-4457的浇铸体的弯曲强度

  

  图5 不同温度下HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品的弯曲强度

            图4～图5表述的HS-4430和HS-4457在不同温度环境下的弯曲强度。由图4和图5都可看出，无论是纯树脂浇铸体，还是玻璃钢，它们的弯曲强度都是随温度降低而稍有升高，表明HS-4430和HS-4457的玻璃钢产品在-50℃以内的低温下的弯曲强度完全可以达到实际应用需要。

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  欧阳作者2013-02-18 21:49#7

  2.3 热收缩特性

           分别测试HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品在100℃～-30℃之间的平均线性膨胀系数，列于下表。

  表1 100℃～-30℃之间的HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品的平均线性膨胀系数

  材料	100℃～-30℃之间的平均线性膨胀系数
  HS-4430玻璃钢积层品	21.2×10-6/℃
  HS-4457玻璃钢积层品	17.4×10-6/℃

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  欧阳作者2013-02-18 21:49#8

  2.4 热传导特性

             HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品在23℃、0℃、-20℃、-50℃各种温度下的导热率K值如图6。

  

  图6 不同温度下HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品的导热率K值

              图6结果表明HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品的导热率K值随温度下降而下降，也表明温度越低，其玻璃钢的导热性能越差。

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  欧阳作者2013-02-18 21:50#9

  2.5 耐高低温循环特性

           高聚物的耐寒性与其在低温下变硬变脆有关，常用脆化温度来表示，它代表在某一低温下，高聚物受力作用时，只有极少变形就产生脆性破坏的温度。脆化温度取决于高聚物的种类与结构，一般情况下，分子量越大，分子结构越规整，耐寒性好，脆化温度越低；分子间的间隙越大，自由体积越大，脆化温度越低。

           在乙烯基酯树脂玻璃钢及防腐工程中，脆化温度用得很少，取而代之的是更多去考察其在高低温循环交变下的强度保留率，这对实际应用更加具有指导意义。

          表2是HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品在-20℃～+80℃，温度变化率2℃/min的交变试验温度下，循环500次前后的测试结果。

  表2 80℃～-20℃之间循环500次(2℃/min)前后的HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品性能

  	HS-4430 FRP		HS-4457 FRP
  	循环500次前	循环500次后	循环500次前	循环500次后
  外观	良好	良好（无裂纹、发白、脱胶、鼓泡等老化现象）	良好	良好（无裂纹、发白、脱胶、鼓泡等老化现象）
  弯曲强度MPa	396	340（85%保留率）	392	360（91%保留率）
  拉伸强度MPa	180	140（78%保留率）	164	136（83%保留率）

           表2的结果高低温循环交变下，HS-4430、HS-4457的玻璃钢积层品的弯曲强度保留率高于拉伸强度保留率，但都大于75%，可以满足实际应用需要。
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