0. 前言
    不飽和聚酯樹脂(UPR)是熱固性樹脂的主要品種，也是復合材料三大基體樹脂之一。我國不飽和聚酯樹脂年產量居，2006年，我國UPR的產量達到115萬噸，全年市場消費總量達到122萬噸^[1]。不飽和聚酯樹脂具有價格便宜、易成型加工、固化后產品質量較輕、強度較高、耐腐蝕等優點，因而可在許多領域得以應用。但其較低的硬度和韌性、較差的耐磨性、較高的固化收縮率等缺陷卻對其應用產生了不利影響。為了克服這些不足，進一步促進UPR的市場發展，對UPR進行改性研究一直吸引著廣大學者的關注，并產生了非常有意義的結果^[1]。近些年來，納米技術發展迅速，利用剛性納米粒子改性UPR的研究更是引人矚目^[3,4]。為了對比分析不同納米粒子對UPR樹脂的改性效果，本文選用SiO₂和納米蒙托土(MMT)分別對UPR樹脂進行改性，對其不同的改性效果及吸水情況進行對比分析。
1 實驗部分
1.1 原料
    不飽和聚酯樹脂(UPR):南京玻璃鋼公司提供;環烷酸鈷，常州前進化工廠產品；過氧化甲乙酮(MEKP)，浙江黃巖焦坑化工廠產品；納米SiO₂,粒徑20-40nm，南京海泰納米公司產品；納米MMT,平均晶片厚度小于25nm,蒙脫石含量大于95%,河北豐潤化工廠產品
1.2 主要實驗設備
    電動攪拌器，GS12-II，上海機械專機廠
    電子萬能試驗機，MT4204,深圳新三思材料檢測有限公司
    沖擊強度試驗機，XJJ-5,承德實驗機有限責任公司
    電子天平，S124S，塞多利斯公司。
1.3 制作工藝

  
1.4 性能測試
    彎曲強度及模量測試按“GB/T 2570-1995樹脂澆注鑄體彎曲性能試驗方法”進行；
    沖擊強度按“GB/T2568-1995樹脂澆鑄體沖擊實驗方法”進行;
    吸水性能:將樣品分別浸泡在不同溫度的蒸餾水中,定期取樣,擦干后稱重。吸水率按照以下公式進行計算：
    吸水率(％)＝(m₂-m₁)/m₁     
    式中，m₁,m₂分別代表吸水前后樣品的質量
2 實驗結果與討論
2.1 納米改性UPR的力學性能
    納米蒙脫土及納米二氧化硅均可改善UPR的力學性能^[3,4]，原因分別是納米蒙脫土與UPR復合材料中，蒙脫土的硅酸鹽片層（單層厚度僅為1nm)以單層形式分散在聚合物基體中，制備的納米復合材料中分散相MMT與基體UPR之間的界面面積大，能把分散相和基體的性能充分結合起來，使該材料與基體材料相比性能有大幅度提高^[5]。而納米二氧化硅改性UPR，由于納米二氧化硅比表面大，表面缺陷少，非配對原子多，表面活性高，與UPR發生物理或化學結合的可能性大，增強了粒子與UPR的界面結合，因而可承擔一定的載荷，吸收大量沖擊能，具有增強增韌的功效。[-page-] 
    為了對比分析納米蒙脫土及納米二氧化硅兩種納米粒子對UPR的改善效果，本文按照UPR質量的3％分別選用此兩種納米粒子填充改性UPR,同時保持體系中納米粒子總質量為樹脂質量的3%不變，將兩種納米粒子按不同配比復配后再填充改性UPR,得到不同樣品的力學性能實驗結果如圖1所示。

    
    從圖1可知，含3％納米二氧化硅的樣品的彎曲強度及沖擊強度分別為74MPa和2.63kJ/m²,比含3%納米蒙脫土的樣品對應的強度值分別高出54.17%和43.72%,說明納米二氧化硅對UPR彎曲強度及沖擊強度具有更好的改性效果，但模量值卻正好相反，添加納米MMT的樣品的彎曲模量反而比納米二氧化硅改性樣品高。另外，選用兩種納米粒子按不同比例復配后，UPR彎曲模量及沖擊強度均可得到進一步提高，當二者按2:1或1:1復配后，改性樣品的沖擊強度及彎曲模量得到大幅度的提高，其中沖擊強度比兩種納米粒子單獨加入時分別提高44.49%和105.41%，而彎曲模量卻分別提高19.50%和9.17%,說明納米粒子復配更有利于UPR沖擊強度及彎曲模量的改善。但和上述兩種性能不同，圖1(a)的實驗結果表明，兩種納米粒子復配對彎曲強度并無積極效果。
2.2 納米改性UFA的吸水性能[-page-] 
    圖2為納米SiO₂改性UPR澆注體、納米MMT改性UPR澆注體及兩種納米粒子混合改性UPR澆注體吸水實驗的結果。

    
    從圖2的組圖可以看出，浸泡時間及溫度對復合材料吸水率均存在明顯影響。無論哪種體系，吸水率均隨著浸泡時間的延長而逐漸增大，起始時吸水增重變化率較大，之后逐漸趨緩。復合材料的吸水可能是由于以下幾方面原因造成的：樹脂基體固化時逸出揮發性小分子從而使其產生微孔、填料本身存在缺陷及其與樹脂基體界面存在缺陷等^[6]。隨著浸泡時間的延長，越來越多的水分子可透過上述通道進入材料內部，從而使其樣品總質量逐漸增加，但隨著水分子滲透的不斷進行，上述通道越來越多的地方被水分子占據，此時能夠再進入的水分越來越少，也即材料吸水逐漸趨向平衡。和浸泡時間相比，水溫對樣品的吸水率及吸水平衡的影響更加顯著。實驗結果表明，室溫下，所有樣品的吸水率均較低，且在6h左右即達到吸水平衡，此時樣品的質量并不隨浸泡時間的延長而繼續增加，有的甚至還將下降。然而，升高溫度后，樣品的吸水率增加很快，特別是從75℃升至100℃時，吸水率的增加幅度遠遠高于從室溫（∽25℃）升至50℃或從50℃升至75℃時吸水率的增加，其原因可能是由于過高的溫度造成基體樹脂破壞的緣故。另外，還可發現，隨著水溫的升高，所有樣品吸水越來越不容易達到平衡，特別是100℃的環境下，樣品的吸水率即使在實驗8h后仍在急劇增加。圖3反映了不同樣品吸水8h后的吸水增重率。室溫下，幾種復合材料在水中浸泡8h后的吸水率相差不大，其中，納米SiO₂/UPR復合材料的吸水率甚至比納米MMT/UPR復合材料吸水率略高一點點，可能是由于SiO₂親水的緣故，在50℃、75℃下，隨著MMT含量的增加，復合材料的吸水率逐漸增大，100℃下，除了純MMT復合材料外，其它復合材料的吸水變化趨勢也基本如此。說明在較高的溫度下，使用MMT增強UPR，不利于復合材料的耐水性。
3 結論
    (1)使用樹脂質量3％的納米二氧化硅改性UPR具有比納米MMT改性UPR更高的彎曲強度及沖擊強度，但模量值卻正好相反。
  (2)選用納米SiO₂與納米MMT兩種納米粒子按不同比例復配后，UPR彎曲模量及沖擊強度均可得到進一步提高，但對彎曲強度并無積極效果。
    (3)納米粒子改性UPR樣品的吸水率隨著吸水時間的延長而逐漸增加，室溫下，浸泡約6h左右，所有樣品基本達到吸水平衡；溫度對納米改性UPR吸水率及吸水平衡影響更加顯著,升高溫度,所有樣品吸水率大幅度提高，平衡時間延長。
參考文獻
[1] 王緒江,肖淑紅,趙鴻漢.2006年我國UPR市場分析及動向.不飽和聚酯樹脂行業協會第十一屆年會論文集,2007,江蘇
[2] 董丙祥,孫海霞,孫根班.不飽和聚酯/粘土納米復合材料的制備與性能.熱固性樹脂,2007,22(4):21-23
[3] 洪奕.不飽和聚酯/蒙脫土納米復合材料的研究.河北工業大學碩士論文,2002
[4] 葛曷一,王繼輝.納米材料改性不飽和聚酯樹脂的研究[J]玻璃鋼/復合材料,1999,3:13-14
[5] 關瑾,封祿田,石爽.不飽和聚酯樹脂/蒙脫土納米復合材料的研制.遼寧化工,2003, 32(6):244-245
[6] 雷文,任超,楊濤.玻璃纖維布/芝麻纖維布混雜增強不飽和聚酯樹脂的研究.熱固性樹脂,2007.22(6):25-28