张 林，周 莉，张建中

短切玻璃纤维毡增强不饱和聚酯树脂复合材料的性能研究

张 林1，周 莉1，张建中2

(1.辽宁石油化工大学 化学与材料学院，辽宁 抚顺 113001； 2. 抚顺职业技术学院 化工系，辽宁 抚顺 113006)

以不饱和聚酯为基体，以玻璃纤维毡为增强材料，加入促进剂、固化剂等添加剂，通过常温固化得到其板材，然后对其拉伸强度、冲击强度等性能进行测试，研究各种成分不同配比对材料力学性能的影响。结果表明以无碱玻璃纤维毡为增强材料，不饱和聚酯和玻璃纤维毡的质量比为 3︰1,促进剂、固化剂的加入量为树脂量的0.5%、1%，制得的样品力学性能最好，拉伸强度达到80 MPa以上，冲击强度达到40 kJ/㎡以上。

不饱和聚酯；玻璃纤维毡；促进剂；固化剂；拉伸强度

树脂基复合材料是以合成树脂为基体材料，以玻璃纤维以及玻璃纤维制品为增强材料的应用广泛的复合材料，它以强度高，质量轻，性价比高，耐疲劳，耐化学性，工艺制作简单等优点而广泛应用于造船，汽车，航天，建筑家具以及其它的相关领域。对于其力学性能的研究与改进是不少学者关注的焦点，对于基体材料的改进，对于其增强材料的改进大大促进了玻璃钢工业的发展[1]。本文选用基体材料为不饱和聚酯树脂，玻璃纤维毡为增强材料，通过手糊成型室温固化的方法自取其板材，通过不同增强材料以及不同树脂量不同促进剂固化剂的对其拉伸性能做了对比研究。

1 实验部分

1.1 实验材料

191#通用型不饱和聚酯树脂，常州建材二五三厂；中碱和无碱玻璃纤维毡，肥城联谊工程塑料公司；不饱和聚酯树脂色糊，秦皇岛市三海关鑫源树脂加工厂；促进剂辛酸钴，常州建材二五三厂；固化剂过氧化甲乙酮，常州建材二五三厂。

1.2 实验过程

取玻璃毡放在聚酯膜上，然后用烧杯称取一定量的不饱和聚酯树脂，加入少量色糊，用电动搅拌器搅拌均匀，搅拌一定时间直到色糊均匀分散到不饱和聚酯树脂中，然后加入一定量的促进剂（异辛酸钴），继续搅拌一定时间，再加入一定量的固化剂（过氧化甲乙酮），快速搅拌20 s，然后均匀倒在玻璃毡盖上聚酯膜，采用手工常温固化成型的方式，制作样品。

1.3 测试

拉伸性能在 ANSTRON5567万能材料拉伸机上进行，按照标准GB/T1040-92进行测试，试样如图1。

图1 拉伸试样Fig.1 Tensile test piece

拉伸样条总长L为180 mm、标距L0为(50±0.5)mm,中间平行段长度 L1为(55±0.5)mm，夹具间距离L3为(115+5)mm、中间平行段宽度b为(10±0.5)mm，端头宽度b1为(20±0.5)mm，厚度d为2～10 mm。

冲击强度在ACSFAAR公司生产的IMPATS-15型悬/简冲击实验机上进行，按照标准GB/T1043-93硬质塑料简支梁冲击试验方法，试样如图2。

图2 冲击强度试样Fig.2 Impact test piece

2 结果与分析

2.1 不饱和聚酯与玻璃纤维毡质量比对树脂基复合材料的影响

树脂基复合材料的拉伸性能及冲击性能随树脂量的改变（玻璃纤维毡的量不变）如图 3（a）、（b）所示。从图中可以看到随着树脂量的增加其拉伸强度，冲击强度逐渐增大，当不饱和聚酯与玻璃纤维毡的质量比达到 3︰1时，无论其增强材料是无碱还是中碱玻璃纤维毡，其拉伸强度达到最大，而后随着树脂量的增大其拉伸强度反而下降，同样其冲击强度也是先增大后减少，原因是由于 2︰1时树脂量过少，不能充分浸润玻璃纤维毡，使得增强材料玻璃纤维毡不能起到充分的作用造成力学强度不高，随着树脂量的增大，树脂可以充分浸润到玻璃纤维毡里，不饱和聚酯固化后达到较好的力学效果。随着树脂量的过大，作为增强材料的玻璃纤维毡的量所占的比例就相应减少，其复合材料的强度主要取决与玻璃纤维毡的量，玻璃纤维毡主要承载树脂传递的载荷，故其力学强度下降[2]。无论是无碱还是中碱的玻璃纤维毡其力学性能都在树脂量为3︰1的情况下达到最佳。

2.2 中碱玻璃纤维毡与无碱玻璃纤维毡对树脂基复合材料的影响

从图3可以看出，无碱玻璃纤维毡增强的树脂基复合材料其各项强度要好于中碱的，其原因是中碱玻璃纤维毡中碱金属氧化物的质量分数介于11.9%～16.4%之间，是一种钠钙硅酸盐成分，其含碱量高，而无碱纤维毡，其碱金属氧化物的质量分数＜0.8%，是一种铝硼硅酸盐成分。

图3 不饱和聚酯与玻璃纤维毡的质量比对拉伸强度和冲击强度的影响Fig.3 Influence of mass ratio of UPR and glass fibre on tensile strength and impact strength

它的化学稳定性、电绝缘性能、强度都很好。无碱玻璃纤维与UP的界面结合力要高于中碱的，使得UP复合材料的空隙量较低，从而提高纤维增强UP的力学性能。

2.3 促进剂和固化剂的加量对其拉伸性能的影响

从上面的试验中，可以看出不饱和聚酯与玻璃纤维毡的质量比为 3︰1下其力学性能达到最佳，固定不饱和聚酯与玻璃纤维毡的质量比为 3︰1不变，研究不同固化剂(过氧化甲乙酮)促进剂(异辛酸钴)加入量和配比对材料力学性能的影响。

由图4（a、b、c、d）可以看出，促进剂为0.5%、固化剂为1%的情况下，制得的样品拉伸强度最高，随着固化剂的增加其拉伸性能下降的较快。原因由于固化剂存在较少的情况下，产生的自由基的量也较少，聚合固化速度极慢，造成不饱和聚酯（UPR）体系聚合不完全，拉伸性能不高。

图4 不同固化剂促进剂加入量对拉伸强度的影响Fig.4 Influence of mass of adding curing agent on tensile strength

随着添加量的增大，当用量＞2.5%产生的自由基较多，温度急剧上升，反应较为剧烈，但缩聚产生的小分子未来得及排除，会有较多的气泡留在聚合物之内，而且会产生大量裂纹[3]，树脂交联网络中的酯基发生降解造成强度下降[4-6]。由图4（c,d）可以看出促进剂加入量＞1.5%时其拉伸性能呈下降趋势，故其促进剂的量理应控制在1.5%以下，主要原因是促进剂的量过大可以消耗掉一部分的用于交联固化的自由基，使其拉伸强度下降。促进剂能促使有机过氧化物在室温下分解而产生游离，在氧化还原引发体系（过氧化物为引发剂）中又称为还原剂。促进剂的用量，也就是还原剂用量不宜多，氧化还原分解时其中有一半变为自由基，而另外一半则被还原为负离子。而且还原剂也可以和自由基反应，且反应速率远大于自由基与单体的加成反应速率，故还原剂用量不易过多，与过氧化物的摩尔比应＜1，否则效率不高，力学性能下降[7-8]。

3 结 论

通过上述对不饱和聚酯与玻璃纤维毡的配比和引发剂、固化剂加入量及配比对力学性能影响的实验研究，可以得出以下结论。

(1) 不饱和聚酯和玻璃纤维毡的质量比为3︰1时，样品拉伸和冲击性能达到最佳。

(2) 促进剂、固化剂的加入量影响样品的拉伸和冲击性能，促进剂的加量应控制在1.5%以下，固化剂加量＞2.5%时其固化速度过快，散热量过大，影响其力学性能，促进剂与固化剂的加入量在0.5%和1%时其拉伸强度达到最好。

(3) 以无碱玻璃纤维毡做为增强材料的挡风抑尘墙的力学性能明显高于以中碱玻璃纤维毡做为增强材料的挡风抑尘墙，其中拉伸性能提高了7%以上，冲击性能提高了17%以上。：

[1] 黄发荣．塑料工业手册—不饱和聚酯树脂[M]．北京：化学工业出版社，2001：545．

[2] 王再玉，喻国生.聚丙烯短切纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料的性能研究[J]. 洪都科技, 2006 (1):45-48.

[3] 王庆，王庭慰，魏无际.不饱和聚酯树脂固化特性的研究[J].化学反应工程与工艺,2005 (6): 492-496．

[4] 彭瑛，刘建华.不饱和聚酯树脂的聚合及力学特性[J].湖南科技大学学报(自然科学版),2009（2）:95-97.

[5] 王文治，陈朝莹.不饱和聚酯树脂固化过程及结构变化[J].热固性树脂,1999 (3):37-42.

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[7] 张震乾，吴海银,张志贤.成分比例不同的MEKP固化不饱和聚酯树脂研究[J].热固性树脂,2009(1):24-27.

[8] 孟季茹，赵磊，梁国正，等.不饱和聚酯树脂氧化还原引发体系的最新进展[J].热固性树脂，2001（3）：34-37.

Study on Performance of a Short Cut Glass Fibre Felt Reiforced Unsaturated Polyester Resin Composite Material

ZHANG Lin1，ZHOU Li2，ZHANG Jian- zhong2
(1. School of Materials & Chemistry, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China;2.Department of Chemical Technology, Fushun Vocational Technical Institute, Liaoning Fushun 113006, China)

Taking unsaturated polyester as a substrate and the glass fiber as reinforced material, through adding promoting agent, firming agent and other additives, a short cut glass fibre felt reiforced unsaturated polyester resin composite material plate was obtained via normal temperature solidification, then its performance and tensile strength,shock strength and other strength were tested to study influence of various different ratios of components on mechanical properties.The results show that when taking the non-alkali glass fiber felt as reinforced material, the mass ratio of unsaturated polyester and glass fiber felt is 3︰1, dosages of promoting agent and firming agent are respectively 0.5% and 1% of resin, the gained samples have the best mechanical properties, their tensile strength can reach to above 80 MPa and the shock strength can reach above 40 kJ/㎡.

Unsaturated polyster resins(UPR)；Glass fiber felt；Promoting agent；firming agent；Tensile strength

TQ 323

A

1671-0460（2010）06-0622-03

抚顺市基金项目，项目号：20091203。

2010-08-02

张 林（1982-），男，山东济宁人，在读硕士，主要从事高分子材料合成及改性方面的研究。

周 莉，副教授，博士，研究方向：从事高分子材料的改性研究。E-mail:zhoulijb@163.com。