气相法二氧化硅在胶衣树脂中的性能研究
摘 要：通过气相法二氧化硅在胶衣树脂中的应用实验，重点研究影响不饱和树脂触变性和黏度的因素。同时测定树脂浇铸体的各项力学性能并讨论了影响该性能的因素。此外，将国产的气相法二氧化硅与国外的同类产品进行比较。?
关键词：气相法二氧化硅；胶衣树脂；触变性?
据UPR（不饱和树脂）行业协会对全国120多家树脂的统计，全国UPR产量达到115万吨。目前，胶衣树脂的应用十分广泛，当制造大型的玻璃钢制品例如大型船舶、大型冷却塔、大型管道时，触变树脂是最佳选择。需要指出的是，国外的树脂一般都具有良好的触变性，而国内的树脂一般触变性很差，所以国内一些要求较高的企业选择了进口树脂以达到自己的要求。?
国内树脂出现这种现象主要的问题一是材料的选择。随着树脂产品的开发，例如乙烯基树脂、环氧改性树脂、透明胶衣等的开发，单一的亲水性气相法二氧化硅（比表面积为200m?2/g）已不能满足用户的需要，所以必须向用户推荐更适合的产品。一般而言，气相法二氧化硅有亲水性和疏水性两大类。对于通用的邻苯型和间苯型不饱和树脂而言，一般使用亲水性的产品。而对于极性树脂而言，建议使用疏水性产品。此外，气相法二氧化硅的比表面积、树脂中苯乙烯含量、助剂、钴盐以及透明要求、添加顺序等对气相法二氧化硅的使用也有相当大的影响。在此希望用户在使用气相法二氧化硅时，多询问供应商，以便选用更合适的材料和工艺。二是分散。确保气相法二氧化硅在树脂中获得适当的分散是让其有效发挥作用的关键，分散设计越好，则有效性越好。?
资料表明，胶衣树脂可使用亲水型气相法二氧化硅，它具有极小颗粒粒径（原生颗粒粒径7－45nm）和极大比表面积（200-380m?2/g）。针对这一现状，本文主要介绍气相法二氧化硅在树脂中的应用实验，研究影响不饱和树脂触变性和黏度的因素。同时测定树脂浇铸体的各项力学性能并讨论了影响该性能的因素。?
1 试验部分 ?
（1）实验用原材料及配方。?
196不饱和聚酯树脂、德国气相法二氧化硅N20及沈阳化工股份有限公司气相法二氧化硅AS—200及AS—380、乙二醇（AR）、有机硅氧烷分散剂、消泡剂、过氧化甲乙酮和环烷酸钴。实验用配方见表1。
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物质名称添加量（重量）
196不饱和聚酯树脂100份
气相二氧化硅/%2.5-3.5份
分散剂/%0.2份
6800消泡剂/%2.0份
过氧化甲乙酮/%1.0份
环烷酸钴（4%）/%1.0份
（2）仪器设备：三辊研磨机、高速搅拌机、秤、转子黏度计（测量误差不超过各种黏度计的规定）、恒温水浴、温度计、500ml烧杯。?
（3）试样要求：均匀、无杂质、树脂中无气泡；数量准确。?
（4）实验步骤。?
①按实验比例称取气相法二氧化硅、分散剂、环烷酸钴、过氧化甲乙酮备用，注意称量的准确性，误差不超过?0.01g?。?
②将气相法二氧化硅、分散剂加入少量的不饱和聚酯树脂中用三辊研磨机制备母体，然后将母体加入树脂中经高速搅拌稀释到一定的比例。控制搅拌转速不低于2000r/min，搅拌5分钟。?
③将搅拌完毕的试样温度调节到（25±0.5）℃，放入恒温水浴中，选择适宜的黏度计（注意要保证读数落在刻度盘的20%~90%之间），将黏度计的转子垂直浸入试样中心，进行黏度测定并记录数据。见表2。?
?
实验编号添加二氧?化硅型号6 r/min时?黏度mpa.s60r/min?时黏度.mpa.s温度℃
1AS-20024000720025
2AS-20025000780025
3N2024000670025
④加入固化剂搅拌均匀后再加入促进剂，经过充分搅拌后得到胶衣树脂。?
2 讨论?
2.1 胶衣树脂的粘度、触变性、流变性 ?
测定了AS—200、AS—380在不同转速下的粘度。实验发现，随着转速的增加，粘度降低；加入分散剂，体系粘度降低，流动性更好。通过引入触变指数K来表征触变性，触变指数越大，触变性越大。触变指数可由下面方法得到：用旋转试粘度计，取同一转子，按照GB7193.1—87测定方法，在6r/min和60r/min下分别测定树脂体系的黏度。触变指数可按下式?
触变指数 ?K=V?1/V?2??
?V??1——6转黏度；?V??2——60转黏度?
即是转速为6rpm与60rpm时的粘度之比。通过测定黏度并计算其触变指数见表3。?
从表3可见，气相法二氧化硅用量越大，粘度越大，触变指数越大。增加气相法二氧化硅用量会产生较多二氧化硅粒子间的相互作用，因而有较高的表观粘度；随着比表面积从200m?2／g升到 380m?2／g，触变指数增加；若在体系中加入乙二醇作为架桥剂，会加强二氧化硅，导致粘度进一步增加。 ?
胶衣树脂粘度和触变指数的影响因素比较多，但主要是剪切分散力、搅拌速度、使用温度及所加填料的表面处理情况。用母体法配制胶衣树脂，粘度可增加30－60％，触变性会更大。?
树脂体系温度的影响：在北方冬季采暖不足而夏季通风条件差的生产车间里，其室温一般在10～35℃之间。在此温度范围内，树脂体系的触变指数随温度的降低而降低，如表4。?
表4 树脂体系黏度与温度的关系?
树脂温度/气相二氧化硅用量/%黏度6r/min黏度60r/min触变指数
? 2.黏度测定用4#转子
由表4可以得出结论：树脂体系的触变随温度的下降而下降，为了得到高触变的树脂产品必须控制好温度。树脂体系的触变性随温度降低而下降的原因是气相二氧化硅所形成的三向网络结构对温度的变化不敏感，但当温度下降时，大分子链的无序热运动减弱，对剪切的阻力加大，使树脂体系显示出的黏度就比较高的温度时为大，而这种作用在剪切速率大时更为明显。所以，树脂体系的黏度值升高的比例在60r/min要比在6r/min时大，即触变指数下降。?
2.2 胶衣树脂浇铸体的机械性能 ?
按GB 2567－1995制备胶衣树脂浇铸体试验样条，测定了加乙二醇前后的拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂延伸率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度，实验结果列于表5。?
表5 胶衣树脂力学性能测试结果?
从表5可见，加气相二氧化硅后，力学性能大大改善，尤其以添加量为2.5％的 N?20和添加量为2.8％的 AS—200最显著。与不加SiO?2相比较，拉伸强度可提高18.9％，拉伸弹性模量60％以上，弯曲强度及模量可提高 25％，冲击强度提高125％。这种现象的产生是由于气相法二氧化硅的表面存在硅氧烷和羟基官能团，在一定条件下能形成氢键。当二氧化硅在不饱和聚酯中分散时，聚集体相互作用组成一种中间“链”结构。最终，在树脂静止时足够的相互作用形成期望的网络结构，故使添加纳米SiO?2的树脂材料强度、韧性、延展性均大大提高，即表现在拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等性能的提高。?
3 结论?
通过本次实验得出以下三点结论：?
（1）将气相法二氧化硅加入到不饱和树脂中，确保充分分散、适宜的温度，则树脂体系的黏度和触变性的得到了很大的提高，各项应用性能完全可以达到用户的需求。?
（2）加入气相法二氧化硅的胶衣树脂，在力学性能上大大改善，其中二氧化硅的填加量最佳范围是2.5~3.0%。?
（3）本实验将沈阳化工股份有限公司的气相法二氧化硅产品与德国瓦克的进行比较，说明国产的气相法二氧化硅已达到了国际水平，可以满足树脂用户的要求。