除增韌效果外，增韌劑的選用還應(yīng)該考慮相容性、揮發(fā)性、遷移性、價格等因素。對環(huán)氧樹脂玻璃鋼(EP FRP)而言，最常用的增韌劑是鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)，它們最大的特點是原材料來源廣、價格低，并且對環(huán)氧樹脂(EP)還能起到增塑的作用。但DOP和DBP的揮發(fā)性較大，對環(huán)境及FRP的使用性能都有影響，而揮發(fā)性相對較低的鄰苯二甲酸二庚酯(DHP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)、鄰苯二甲酸二異辛酯(DIOP)，由于受到原料醇來源的限制，其產(chǎn)量不大［3－5］。因此，本文嘗試在FRP中加入SBS樹脂，與DBP增韌增塑劑相比較，探討增韌劑對EP FRP性能的影響。
1·實驗部分
1.1主要原料
環(huán)氧樹脂(EP)：E-44，西安科達膠黏劑有限公司；二乙烯三胺(DETA)：≥99%，南京海幫貿(mào)易有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)：西安化學(xué)藥品有限公司；SBS樹脂：YH-188，巴陵石化；玻璃纖維布：E-GLASS，河北省任丘市宏達玻璃纖維布廠；硅烷偶聯(lián)劑：KH560，上海耀華化工廠。
1.2主要設(shè)備和儀器
計算機控制拉力試驗機：LDS-20KN，長春市智能儀器設(shè)備有限公司；機械式?jīng)_擊試驗機：JJ-22，長春市智能儀器設(shè)備有限公司；橡塑邵氏硬度計：LX-D，東莞偉達儀器有限公司；掃描電鏡：JSM-6390LV，日本JEOL公司。
1.3試樣制備
玻璃纖維浸漬：將硅烷偶聯(lián)劑KH560用無水乙醇稀釋成稀溶液置于蒸發(fā)皿中，然后把裁剪成方條的玻璃纖維布浸泡其中，20～30 min后取出玻璃纖維布晾干備用。
模具的準備：用光面硬質(zhì)紙張制作成3 mm×150mm×10 mm的紙盒，并用EP膠液預(yù)處理紙盒的棱邊，防止膠液滲漏。
膠液的配置：每個試樣EP用量為10 g，固化劑DETA用量經(jīng)計算為1 g。以EP質(zhì)量為基準，按照表1所示的實驗方案稱取相應(yīng)質(zhì)量DBP或SBS。以DBP為增韌劑的試樣，先在燒杯中加入相應(yīng)質(zhì)量的DBP，再加入EP，以適量的丙酮為稀釋劑，充分攪拌均勻后，再加入固化劑并攪拌均勻。以SBS為增韌劑的試樣，先用丙酮充分溶解SBS，再加入EP，用適量丙酮作為稀釋劑，充分攪拌均勻后，加入固化劑并攪拌均勻。
浸漬玻纖、模具、膠液準備齊全后。在紙模具上刷一層硅油，然后涂覆一層膠液，鋪設(shè)一層浸漬玻纖，再涂覆一層膠液，如此反復(fù)，直到形成5層玻纖6層樹脂的層狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)48 h固化定型后，得到3mm×150 mm、厚約2 mm左右的條形板以備性能檢測。
1.4性能測試與結(jié)構(gòu)表征
拉伸性能：按照GB/T 1040—1979測試，拉伸速度10 mm/min；沖擊性能：按照GB/T 1043—1979測試；邵氏硬度采用每個試樣選擇10～15個位置，按照GB/T 2411—1980測試；試樣斷面做表面噴金處理，采用掃描電鏡進行斷口微觀形貌分析，電子束電壓為15 kV。
2·結(jié)果與討論
2.1增韌劑用量對環(huán)氧樹脂玻璃鋼拉伸性能的影響
圖1為增韌劑用量對環(huán)氧樹脂玻璃鋼拉伸性能的影響。從圖1a可以看到，DBP質(zhì)量分數(shù)增加到15%時，EP FRP的拉伸強度迅速增大，用量繼續(xù)增加，拉伸強度變化不大；而SBS質(zhì)量分數(shù)以7%為分界，EP FRP的拉伸強度先迅速增大，然后快速下降。從圖1b可以看到，隨DBP用量的增加，EP FRP的斷裂伸長率持續(xù)增大；而SBS質(zhì)量分數(shù)以7%為分界，EP FRP的斷裂伸長率先增大，然后變化幅度不大。
從數(shù)據(jù)分析來看，DBP質(zhì)量分數(shù)為7%和15%時，EP FRP的拉伸強度分別為58 MPa和74.2 MPa，是SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時的65.5 MPa的89%和113%；而增韌劑質(zhì)量分數(shù)少于15%時，SBS改性的EP FRP的斷裂伸長率比SBS改性的EP FRP高23%以上。
2.2增韌劑用量對環(huán)氧樹脂玻璃鋼沖擊性能的影響
圖2為增韌劑用量對EP FRP的沖擊性能的影響。由圖2可以看到，隨著DBP用量的增加，EPFRP的沖擊強度呈現(xiàn)緩慢增大的變化趨勢；而SBS的質(zhì)量分數(shù)以7%為分界，EP FRP的沖擊強度先增大，然后迅速減小。從數(shù)據(jù)分析來看，DBP質(zhì)量分數(shù)為7%和15%時，EP FRP的沖擊強度分別為34.4kJ/m2和37.5 kJ/m2，比SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時的31.3 kJ/m2分別高約10%和20%。
2.3增韌劑用量對環(huán)氧樹脂玻璃鋼硬度的影響
圖3為增韌劑用量對環(huán)氧樹脂玻璃鋼硬度的影響．由圖3可看到，隨著DBP質(zhì)量分數(shù)增加到7%，EP FRP的硬度持續(xù)下降，DBP用量繼續(xù)增加，硬度幾乎不變；而SBS用量一直增加到15%，EP FRP的硬度都持續(xù)下降，SBS用量繼續(xù)增加，硬度下降較少。從數(shù)據(jù)分析來看，DBP質(zhì)量分數(shù)為7%和15%時，EP FRP的邵氏硬度分別為83.4和82.8，與SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時的82.9相當。
2.4環(huán)氧樹脂玻璃鋼斷口的微觀形貌分析
圖4為分別采用DBP和SBS增韌EP FRP的斷口微觀形貌圖。從圖4a、b可以看到，DBP和SBS質(zhì)量分數(shù)為1%時，EP FRP的斷口都很平整，呈典型的脆性斷裂特征，此時EP FRP的拉伸強度、斷裂伸長率以及沖擊強度都處于較低值。從圖4c、d可以看到，DBP和SBS質(zhì)量分數(shù)為7%的EP FRP的斷口不如1%時的斷口平整，并出現(xiàn)少量的韌性斷裂紋，此時EP FRP的拉伸強度、斷裂伸長率以及沖擊強度都迅速增大；還可以看到，SBS增韌的EP FRP出現(xiàn)了許多SBS聚集體，由于尺寸較小，這些彈性體的存在不會影響材料基體的強度，反而在受外力作用時容易產(chǎn)生變形而吸收能量，起到緩沖作用。從圖4e、f可以看到，DBP質(zhì)量分數(shù)為31%的EP FRP的斷口表面凸凹不平，并且有較多的韌性斷裂紋，此時EPFRP的拉伸強度、斷裂伸長率以及沖擊強度在7%的基礎(chǔ)上進一步增大；而SBS質(zhì)量分數(shù)為31%的EPFRP的斷口除少量韌性斷裂紋外，還能看到連成一體的SBS聚集區(qū)，占據(jù)了斷面面積的1/3～1/2，由于SBS是一種強度非常低的彈性體，導(dǎo)致了EP FRP的拉伸強度和沖擊強度急劇下降。
各性能比較不難看出，在增韌劑質(zhì)量分數(shù)為7%左右時，DBP和SBS對EP FRP的增韌效果相當，拉伸性能、沖擊性能以及硬度值都十分接近。但兩者的增韌機理卻有所差別，DBP由于相對分子質(zhì)量小，在EP固化前能與EP小分子形成分子鏈層次的混合，增大EP分子鏈的空間自由度，從而提高EP FRP的韌性和強度；而SBS作為一種高分子增韌劑，它只能與EP基體形成聚集態(tài)層次的混合，以SBS彈性顆粒的形式分散于EP基體中，通過界面分散外界作用能達到增韌增強EP FRP的目的。
圖5為增韌劑質(zhì)量分數(shù)為7%時的EP FRP斷口微觀形貌圖。從圖中不難看出，DBP增韌的EP FRP基體具有韌性特征，DBP用量的增加會有利于EPFRP性能的改善；而SBS增韌的EP FRP只是在基體內(nèi)部存在一些SBS彈性聚集體，隨著SBS用量的增加，SBS會形成更大的相疇，就會使SBS自身強度差的特性顯現(xiàn)出來，從而降低EP FRP的強度。
DBP和SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時對EP FRP的增韌效果相當，由于增韌機理不同，隨用量增加DBP的增韌效果會進一步提高。而且DBP能夠在更微觀的結(jié)構(gòu)層次改變EP FRP的性能，理論上使材料更加穩(wěn)定。但DBP是小分子增韌劑，具有不可避免的遷移性和揮發(fā)性大的缺點，而SBS作為高分子增韌劑，不具有這些固有的缺點。設(shè)法提高SBS在EP基體中的分散度，減小SBS的相疇尺寸，就可以增大SBS增韌EP FRP的強度，使其取代DBP等小分子增韌劑在EP FRP中的應(yīng)用、增加EP FRP的穩(wěn)定性成為可能。
4·結(jié)論
1)DBP和SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時，對EP FRP的增韌效果相當。
2)DBP和SBS對EP FRP的增韌機理不同，導(dǎo)致在質(zhì)量分數(shù)超過7%時，DBP對EP FRP的增韌效果進一步加強，而SBS的增韌效果逐漸變差。
3)從理論上，結(jié)合試樣斷口微觀形貌圖分析，提高SBS在EP基體中的分散度，減小SBS的相疇尺寸，可以增大SBS增韌EP FRP的強度，使其取代DBP等小分子增塑劑在EP FRP中的應(yīng)用。
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