乙烯基酯树脂低温特性研究

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、粘接性能、耐热性、制品优异的比强度和比模量，在重防腐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，耐高温乙烯基酯树脂复合材料的研究、应用也有很大拓展，在低温工程以及低温交变工程中，国内乙烯基酯树脂复合材料应用不少，但深入考察低温场合下的力学性能变化、耐腐蚀性能变化的相关研究较少。本文对低温下乙烯基酯树脂复合材料的性能进行了研究，为低温场合应用客户提供数据支持和指导，尤其是针对气候偏冷的地区的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)。

1　实验部分

原料：双酚A型环氧乙烯基酯树脂HS－4430，标准酚醛环氧型乙烯基酯树脂HS－4457，常州华科聚合物股份有限公司；环烷酸钴(Co：6％)：上海长风化工厂；Butanox LPT天津阿克苏诺贝尔聚合物化学品有限公司；300 g／m2表面毡(S)、450 g／m2短切毡(M)、600 g／m2方格布(W)均为巨石集团有限公司玻纤。
　　浇铸体板制作：厚4 mm，固化程序：25℃／24 h+100℃／2 h+120℃／2 h。
　　玻璃钢积层品制作：手糊制作，厚6 mm，自上而下结构为S／M／M／W／M／W／M／S，固化程序：25℃／24 h+100℃／2 h+120℃／2 h。
　　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2 mm／min)、拉伸性能(加载速度1 mm／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。

2　结果与讨论

2.1　拉伸性能
　　23、0、-20、-50℃各种不同温度下，HS－4430、HS－4457浇铸体和玻璃钢的拉伸性能如图1～图3所示。
                      

由图1可知，纯树脂浇铸体的拉伸强度随温度降低而降低，-20℃之前拉伸强度下降不明显，温度进一步降低，拉伸强度下降，标准酚醛环氧乙烯基酯树脂：HS－4457的表现尤为明显，其-50℃下的拉伸强度仅为23℃时的53％。
　　由图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。
　　由图3可知，树脂积层品玻璃钢的拉伸强度随温度降低变化不大，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℃以内的低温下拉伸强度并无过大的衰减，完全可以达到实际应用需要。
2.2　弯曲性能
　　不同温度下浇铸体和玻璃钢的弯曲性能如图4，图5所示。
                      

 由图4和图5可以看出，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。
2.3　热收缩特性
　　测试HS－4430、HS－4457的玻璃钢积层品-100～30℃的平均线性膨胀系数分别为2.12×10-5和1.74×10-5。
2.4　热传导特性
　　HS－4430、HS－4457的玻璃钢积层品在23、0、-20、-50℃下的导热率K值如图6所示。
                                

图6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。
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，分子质量越大，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1是HS－4430、HS－4457的玻璃钢积层品在-20～80℃、温度变化率2℃／min下循环500次前后的测试结果。
　　实验表明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，均大于75％，可以满足实际应用需要。

3　结　论

1)低温下，纯乙烯基酯树脂浇铸体并无太大的实用价值，玻璃钢更具实用价值。
　　2)低温下，乙烯基酯树脂玻璃钢的拉伸强度、弯曲强度衰减很少，甚至稍有上升；断裂延伸率明显下降。
　　3)乙烯基酯树脂的玻璃钢积层品-100～30℃的平均线性膨胀系数为(17～22)×10-6／℃。
　　4)乙烯基酯树脂的玻璃钢积层品的导热率K值随温度下降而下降，温度越低，其玻璃钢的导热性能越差。
　　5)乙烯基酯树脂的玻璃钢积层品在-20～80℃，温度变化率2℃／min条件下循环500次后的弯曲强度和拉伸强度保留率均大于75％，可满足实际应用需要。