摘 要：將玻璃鋼邊角廢料加工成60μm以下的粉末(FRP)，作為低收縮添加劑加到不飽和聚酯(UPR)中，對FRP粉末填充的UPR的體積收縮率和其澆鑄體的軸向拉抻性能進行了實驗研究。結果表明，加入FRP粉末后的UPR的體積收縮率降低；其澆鑄體的拉伸彈性模量升高，拉伸強度變化不大?？蓪⒉Ａт撨吔琴M料制成粉末加到UPR中。以回收利用。

    不飽和聚酯樹脂(UPR)是一種性能優良的熱固性樹脂。它具有良好的機械性能、電學性能及粘接性能，在機械、電氣電子、航空航天等領域有著廣泛應用。但通用型UPR固化后有很大的收縮，眾所周知，未改性的UPR的體積收縮率一般為6%~10%，這直接影響到制品的尺寸穩定性、光潔度等性能。因此，降低UPR的收縮率一直是玻璃鋼復合材料研究的一個重點。
    在玻璃鋼復合材料生產中，總要產生3%左右的邊角廢料。一個年產5000t的中型玻璃鋼企業，每年要產生邊角廢料150t，大多數企業都將這些邊角廢料運到野外焚燒。這樣不僅浪費了資源，也污染了環境。有關玻璃鋼廢棄物的回收處理技術也有報導。本文將玻璃鋼邊角廢料加工成60μm以下的粉末(FRP)，作為低收縮添加劑到UPR中，對加入FRP粉末的UPR的體積收縮率和其澆鑄體的軸向拉伸性能作了研究，并取得了良好的效果。
1  實驗部分
1.1  實驗原料與儀器
    UPR：196#、191#，天津合成材料；189#，江蘇富麗公司；引發劑：過氧化甲乙酮(活性氧含量>9.0%)，北京251廠；促進劑：異辛酸鈷(鈷離子含量>0.6%)，上海三化精細化工廠；60μm以下的玻璃鋼粉末(FRP)：自制。
    Instron4505型萬能試驗機：英國英斯特朗公司；XL-20型掃描電子顯微微鏡：荷蘭飛利浦公司；BME型剪切乳化機：上海威宇機電公司。
1.2  FRP粉末改性UPR的制備
    FRP粉末加入量將直接影響成型工藝和終產品的性能，本實驗根據選用UPR的粘度及加入FRP粉末后改性UPR的粘度變化，確定了適合成型操作的粘度范圍，根據這個范圍確定FRP粉末的加入量在20%(質量分數)以下。
    按照設計量將FRP粉末加入到UPR中，先用攪拌棒攪拌，再用剪切乳化機分散制成均勻的改性UPR。
1.3  澆鑄體制備
    配方：UPR或改性UPR100g，引發劑2.2mL，促進劑1.0mL，消泡劑幾滴。按配方將各種組分混合攪拌均勻，脫泡20min，澆入模具內，室溫固化1周，脫模加工成試樣。
1.4  吸收率測試
    體積收縮率：按配方在經過標定的定量容器中加入計量的UPR或改性UPR、引發劑和促進劑，攪拌均勻，測得UPR或改性UPR膠液固化前的體積V1，用排水法測得膠液固化后的體積V2，則該UPR或改性UPR的體積收縮率為(V1-V2)/V1*100%。澆鑄體的拉伸性能按GB/T2568-1995測試。
2  結果與討論
    FRP粉末用量對UPR澆鑄體的軸向拉伸性能和體積收縮率的影響見表1。[-page-] 
    
    由表1可知，隨著FRP粉末用量的增加，各種UPR澆鑄體的拉伸強度變化不大；拉伸彈性模量逐漸升高，在實驗范圍內，196#升高了20%，189#升高了16%，191#升高了24%；隨著FRP粉末的加入各種UPR的體積收縮率逐漸降低，在實驗范圍內，196#降低了28%，189#降低了35%，191#降低了23%。其原因分析如下：
    1)FRP粉末仍是玻璃鋼，由固化的UPR和玻璃纖維組成，其表面面具有許多活性基團(如―OH、COOH、OH、―COO等)，這些活性基團可與UPR中的活性基團(―OH、―COOH等)以氫鍵形式結合，產生較強的界面結合。[-page-] 
    2)FRP粉末中具有大量的玻璃纖維，玻璃纖維的彈性模量大于基體樹脂的彈性模量。據文獻，當裂紋遇到這種增強行維時可以會出現以下情況：裂紋跨過纖維在另一側或其它薄弱環節出現新的裂紋，此時使玻璃纖維達到屈服極限也不會斷裂，而是被繼續拉長，玻璃纖維起到了橋邊的作用，承受了周圍基體因破裂而轉移的全部載荷；裂紋偏轉，轉向平行于玻璃纖維的方向，并繞過玻璃纖維端部擴展；裂紋終止擴展。無論哪種裂紋擴展形式，玻璃纖維均起到了增強的作用；因此加入FRP粉末后危險處產生裂紋的概率會降低，斷裂表面能會升高。UPR澆鑄體的彈性模量是FRP粉末顆粒和UPR基體的平均表現，屬于結構不敏感特性，是由整體量決定的；所以拉伸彈性模量會增加。UPR澆鑄體的拉伸強度屬結構敏感特性，是由局間量決定的，隨著FRP粉末的加入，造成了變形的區域化，區域化程度的差別及UPR基體與FRP粉末間界面狀況的不同會產生增強與降強的相反效果，因而造成拉伸強度變化不大(參見圖1)。
    
    由圖1c可看出，固化后的FRP/UPR混合物是多相體系，有分相結構，且FRP粒子像被UPR包裹的空心皮球。正是這種結構使得被FRP粉末改性的UPR體積收縮率降低。改性UPR的低收縮過程如圖2所示。[-page-] 
    
    發生交聯的UPR可認為是許多單元集結的成核過程。當交聯反應開始時，每個單元的UPR向其中心收縮。假設每個單元的收縮力一樣，那么各個單元將由于邊界上的拉應力而不能移動。不加FRP粉末時，只有不受約束的表面單元能夠收縮，從而松馳其應力。當表面單元處于無應力狀態時，先是聚合物表面向里移動，然后表面下的單元松馳其應力。檢驗過程從表面至聚合物產生收縮現象。UPR的逐步收縮特征可用松馳時間T來表示，加入FRP粉末后，拉應力將導致在UPR和FRP界面產生空穴，從而消除應力。由于UPR的收縮是逐步進行的，而產生穴使單元松馳其應力的時間遠遠短于T、因此隨著FRP粉末的加入，空穴抵消了UPR因固化交聯引起的收縮。此外對UPR的收縮控制作用還與FRP粉末受熱膨脹有關，與FRP粉末加入量有關。交聯固化時放出熱量，溫度升高，FRP粉末產生膨脹，阻礙了UPR交聯網絡的收縮；FRP粉末加入量越大，UPR的交聯網絡越疏松，FRP粉末控制UPR交聯收縮的效果越好。
3  結 論
    1)在UPR中加入FRP粉末后，降低于UPR的體積收縮率。
    2)加入FRP粉末后，UPR澆鑄體的拉伸彈性模具明顯提高，拉伸強度變化不大，表明FRP粉末的加入對UPR粉末后增加了UPR的粘度，因此在工藝性能問題方面仍值得深入研究。
    3)回收了玻璃鋼生產中的邊角廢料，節約了能源，減少了由于焚燒造成的環境污染。