實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于樹(shù)脂的選擇有以下幾個(gè)因素:
1. 粘結(jié)性能
2. 機(jī)械性能
3. 耐水解性能
4. 滲透性
1、粘結(jié)性能
樹(shù)脂粘結(jié)性能的好壞決定了機(jī)械性能是否能被充分發(fā)揮出來(lái),在夾芯結(jié)構(gòu)中樹(shù)脂和纖維及芯材的粘結(jié)性能非常重要,在上述的三種主要樹(shù)脂中,聚酯樹(shù)脂的粘結(jié)性能最低,乙烯基酯樹(shù)脂的粘結(jié)性能高于聚酯樹(shù)脂,環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)性能最佳,被廣泛地用于制造高強(qiáng)度粘合劑。環(huán)氧樹(shù)脂的高粘性來(lái)自于極性羥基的存在,由于環(huán)氧樹(shù)脂的低收縮率使得固化過(guò)程中樹(shù)脂和粘接面不會(huì)發(fā)生分離。環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)異的粘結(jié)性能非常適合于蜂窩結(jié)構(gòu)的制造,因?yàn)榉涓C結(jié)構(gòu)中粘接面積較小,所以對(duì)粘合劑的強(qiáng)度要求更高。樹(shù)脂和纖維之間的結(jié)合性能不完全取決于樹(shù)脂的粘結(jié)性,還與纖維表面處理方法有關(guān)。
2、機(jī)械性能
對(duì)于樹(shù)脂基體而言最為重要的兩個(gè)機(jī)械性能指標(biāo)就是拉伸強(qiáng)度和模量,下圖所列是常見(jiàn)的商業(yè)化聚酯樹(shù)脂,乙烯基酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂的性能比較,分別在20度和80度溫度下固化。
從圖中可以看出,經(jīng)過(guò)7天固化后環(huán)氧樹(shù)脂得到了最高的拉伸強(qiáng)度和模量。同時(shí)也可以看到80度下的后固化對(duì)性能產(chǎn)生了顯著影響。
對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言樹(shù)脂的收縮率也是必須考量的因素,收縮的原因是由于處于液態(tài)或半凝膠態(tài)時(shí)樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)的重新排列和重新取向。聚酯和乙烯基酯固化時(shí)需要較大的分子結(jié)構(gòu)變化來(lái)達(dá)到完全固化,因此固化后收縮率較大,最高可達(dá)8%。而環(huán)氧樹(shù)脂的固化分子結(jié)構(gòu)變化較少,且沒(méi)有揮發(fā)性副產(chǎn)物產(chǎn)生,因此收縮率只有2%左右。低收縮率也幫助了機(jī)械性能的提高,因?yàn)橛筛呤湛s率產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重削弱材料的承載能力。另外高收縮率還會(huì)在固化后的部件表面形成織紋,從而增加了去除織紋的工作,導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的增加。
3、耐水解性能
對(duì)于所有樹(shù)脂材料,抵抗吸水后降解的性能好壞至關(guān)重要,尤其是對(duì)于造船行業(yè)而言。在實(shí)際使用中所有的樹(shù)脂材料都會(huì)吸附一定的水汽,關(guān)鍵之處就在于吸附的水汽對(duì)纖維和樹(shù)脂的結(jié)合性能以及機(jī)械性能產(chǎn)生了怎樣的影響。乙烯基酯和聚酯因?yàn)橛絮セ拇嬖诙@著降低了耐水性能。例如薄層聚酯玻璃鋼在水中浸泡一年后其層間剪切強(qiáng)度只能保持65%,而環(huán)氧樹(shù)脂可以保持90%。
上圖顯示了水中浸泡對(duì)編織玻纖增強(qiáng)不同樹(shù)脂玻璃鋼材料性能的影響。所有試樣在100度熱水中浸泡,高溫浸泡加快了降解速度。
4、滲透性
在潮濕環(huán)境下都會(huì)有少量的水以水汽形式透過(guò)玻璃鋼層壓板,水氣穿過(guò)時(shí)與可水解組分發(fā)生反應(yīng)形成微小的濃縮溶液,在反復(fù)的滲透循環(huán)中,更多的水汽透過(guò)半透膜進(jìn)入層壓板稀釋濃縮溶液。水汽的進(jìn)入使得孔隙內(nèi)壓力增加到700 psi,最后這些壓力釋放出來(lái)導(dǎo)致層壓板開(kāi)裂或膠衣層氣泡缺陷,導(dǎo)致表面產(chǎn)生疹狀缺陷??伤饨M分包括織物中的異物和聚酯樹(shù)脂與乙烯基酯樹(shù)脂中的酯鍵。
為了阻止水汽向內(nèi)部滲透,必須選擇水傳遞速率低,耐水解性高的樹(shù)脂。同時(shí)對(duì)增強(qiáng)織物表面進(jìn)行充分的防水處理后,便可以消除這一問(wèn)題。含有環(huán)氧鏈段的聚合物通常會(huì)具有較高的防水性,同時(shí)具有較高的機(jī)械性能。