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分享:乙烯基樹脂的耐熱性及電氣性能

來源:廊坊佐涂防腐設備有限公司   2019年06月26日 09:03  

電氣性能:
乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂一樣,可用于電氣材料領域,起到絕緣、耐電壓等作用,但這不是乙烯基酯樹脂相比不飽和聚酯樹脂和環氧樹脂的優勢所在,對乙烯基酯樹脂,通常大家并不強調它的電氣性能。

乙烯基酯樹脂固化后具有良好的絕緣性,純樹脂1mm澆鑄體板耐電壓14~18kV,玻璃鋼耐電壓和增強材料種類及含量有關,一般較相同厚度的純樹脂澆鑄體耐電壓要小一些。乙烯基酯樹脂澆鑄體體積固有抵抗一般≥1015Ω·cm,乙烯基酯樹脂復合材料體積固有抵抗一般為1013~1014Ω·cm。乙烯基酯樹脂澆鑄體表面固有抵抗電阻值一般≥1015Ω。乙烯基酯樹脂復合材料表面固有抵抗電阻值一般≥1012Ω,誘電率一般為(3~4)×106Hz。

 

耐熱性 
和結晶性的熱塑性高分子材料用熔點來表達其加工溫度和使用溫度不一樣的是,熱固性樹脂固化物是一種非結晶性材料,其耐熱性多用熱變形溫度(HDT)和玻璃化轉變溫度(Tg)來表達,在實踐中,HDT應用居多。

乙烯基酯樹脂固化物的耐熱性和以下因素有關:①乙烯基酯部分的分子結構式;②單體種類及含量;③不飽和雙鍵的密度,即架橋交聯密度;④固化劑、固化方式、后處理方式;⑤填料、纖維種類和含量。

乙烯基酯樹脂主鏈酯部分分子量越大,交聯固化后的耐熱性能相對主鏈分子量小的乙烯基酯樹脂的HDT更低,這就是乙烯基酯部分分子量大的OYCHEM?8002雙酚A型乙烯基酯樹脂純樹脂澆鑄體的HDT(100~110℃)較之乙烯基酯部分分子量小的OYCHEM?8003雙酚A型乙烯基酯樹脂純樹脂澆鑄體的HDT(110~125℃)要低的原因。

乙烯基酯部分分子式構造雙鍵相對含量越高,終樹脂的HDT越高,這也是為什么主鏈雙鍵相對含量更高的酚醛型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT(130~165℃)要遠高于酯部分雙鍵相對含量低的標準雙酚A型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT(100~130℃)的原因所在。

乙烯基酯樹脂酯部分的剛性大小,含硬段苯環多少,都會影響固化物的HDT。這也是主鏈苯環含量高的標準雙酚A型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT高于主鏈苯環含量低的富馬酸己二酸型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT(80~105℃)的原因所在。

乙烯基酯樹脂合成過程采用一元不飽和羧酸對終樹脂的HDT也有影響。含有側甲基的甲基丙烯酸合成的標準雙酚A型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT高于側鏈沒有甲基的丙烯酸合成的雙酚A型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT(典型為80~105℃)普遍要高5~15℃。

乙烯基酯樹脂除酯部分對HDT有影響外,交聯單體的分子量、官能度、雙鍵含量、剛性基團含量等對終樹脂的HDT都有影響。這就是采用DAP、TPGDA、TMPTA等多官能度稀釋單體相較于采用苯乙烯為稀釋單體得到的乙烯基酯樹脂的HDT更高的原因所在。如采用多官能度單體的超耐熱型OYCHEM?8077HT澆鑄體HDT可達230℃,遠高于一般酚醛型乙烯基酯樹脂OYCHEM?8007的150℃,其200℃長期耐熱穩定性也更好,重量損失率較后者低,一般5000h后僅有3%不到。

乙烯基酯樹脂的交聯單體含量也對終樹脂的HDT有影響。在活性較高的乙烯基酯樹脂中,苯乙烯單體太多會導致HDT下降,如筆者開發的標準酚醛型乙烯基酯樹脂的苯乙烯含量分別為30%、36%、45%時的澆鑄體的HDT分別約為155℃、150℃、135℃。

乙烯基酯樹脂整個體系的不飽和雙鍵的密度,即架橋交聯密度是影響終HDT的非常大的因素。雙鍵密度和酯部分主鏈有關,也與稀釋單體有關。

乙烯基酯樹脂的固化劑選擇、固化劑添加量是否得當也會影響到樹脂的HDT,尤其是不再進行加熱后處理的制品,影響更大。這就是選擇藍白水I號體系常溫下對乙烯基酯樹脂進行固化后的耐熱溫度超過選擇二甲基本胺/過氧化苯甲酰的II號體系常溫固化后的耐熱溫度的原因所在。根據工藝溫度和成型方法,選擇合適的固化劑,對乙烯基酯樹脂進行固化,是得到機械性能優異、耐熱優異的乙烯基酯樹脂固化制品的前提。固化劑的添加量太少,引發自由基不足,容易導致終樹脂的固化不良,特別是不再進行后加熱處理的情況下,更容易導致固化物的固化不足、耐熱不足。固化劑添加量太多,不僅會導致可操作時間下降,難以施工,還會導致固化物太脆,耐沖擊性能下降嚴重。其次,固化劑添加超量之后,還可能導致樹脂根本不固化了,這是自由基固化的原理,乙烯基酯樹脂的固化方式也會嚴重影響到終樹脂的HDT,如乙烯基酯樹脂拉擠FRP制品的耐熱溫度一般遠高于手糊常溫固化乙烯基酯樹脂FRP制品。

加熱后處理與否、后處理的溫度高低、后處理時間、后處理溫度升降的程序等后處理工藝都會嚴重影響到乙烯基酯樹脂制品的終耐熱性能和耐腐蝕性能。實驗室很容易做到理想狀態下的加熱后處理,并且可以控制梯度加熱程序,但在防腐作業現場,是很難做到這一點的。防腐蝕施工現場比較簡易的方法有:①戶外放置半月,對大型FRP制品適用;②紅外線加熱燈,或鹵化燈加熱烘烤,注意均勻烘烤,避免局部烘烤出現質量問題;③現場熱風扇吹掃;④蒸汽加熱吹掃,再用約80℃熱水浸泡,對FRP制品適用。

對乙烯基酯樹脂復合材料而言,影響終耐熱溫度的因素除樹脂、固化劑、成型工藝外,還有填料、纖維種類和含量。無機填料含量越高,玻璃纖維含量越高,終制品的耐熱越好。填料和纖維的種類不同,耐熱性能也不盡相同,耐熱性能優異的填料或纖維可以一定程度上提高乙烯基酯樹脂復合材料制品的耐熱性能,如碳纖維、石英粉、陶瓷粉、金剛砂等相較于有機纖維、玻璃纖維、滑石粉、氫氧化鋁等的耐熱溫度更高。

熱變形溫度HDT的評價標準有ASTM D 648、GB/T 1634.2等標準。測試HDT時需要標注測試方法和載荷。常見的乙烯基酯樹脂測試HDT時,標注維卡-熱變形溫度儀,載荷1.8MPa。其他方法如TMA、DMA測試結果也可以定性比較HDT大小。

玻璃化轉變溫度Tg的測試方法有TMA、DMA、DSC等,不同方法測試出來的結果不盡相同。一般情況下,乙烯基酯樹脂澆鑄體的玻璃化轉變溫度Tg要較其維卡熱變形溫度HDT高出15~30℃。

一般標準雙酚A型乙烯基酯樹脂澆鑄體的HDT在100~130℃,一般富馬酸己二酸體系的雙酚A型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT在80~105℃,一般常規酚醛環氧型乙烯基酯樹脂澆鑄體HDT在130~165℃。添加無機填料后的FRP的HDT會升高,升高多少和無機填料或纖維的種類、含量有關。

市場上不同乙烯基酯樹脂供應商提供的乙烯基酯樹脂產品的HDT不盡相同,有些小廠的雙酚A型乙烯基酯樹脂的HDT要低于95℃,酚醛型VER也低于130℃

耐熱性能評價時,大家往往容易接受HDT,它是一個長期耐熱指標,但實際上還有幾個耐熱指標,大家容易忽視,但又非常重要,包括以下幾個。

(1)瞬間耐溫,也叫短期耐溫,指的是乙烯基酯樹脂復合材料制品在幾分鐘到半小時的短期內的耐受高溫度上限,這個數值往往高出純樹脂的HDT不少,如高交聯密度型酚醛型乙烯基酯樹脂,純樹脂澆鑄體的HDT在150~170℃,而其玻璃鱗片膠泥的短期瞬間耐溫可達200~230℃,長期耐溫也可達180℃。

(2)高溫下強度保持率,如耐熱彎曲性能就是一個典型的高溫下強度參數,它反映的是乙烯基酯樹脂在高溫下承受載荷的能力。表5.9是酚醛型乙烯基酯樹脂(OYCHEM?8007)4mm澆鑄體在不同溫度下的強度保持率。

(3)耐溫驟變性能,乙烯基酯樹脂固化后是一種剛性材料,一個很大的不足就是耐溫驟變不足,尤其是溫差較大的驟變。耐頻繁的溫度驟變不足,粘結性能快速下降,容易脫落,力學機械性能衰減非常快。

(4)耐熱耐蝕,這是一個和單獨耐蝕不同,和單獨耐熱也不*相同的概念,它反映的不僅是需要耐熱,還需要在某個高溫下同樣耐蝕,這方面是乙烯基酯樹脂相較于其他熱固性樹脂大的優勢,一般乙烯基酯樹脂制品在浸泡介質中的大耐蝕溫度都低于其材料本身的耐氣相高溫溫度。

(5)耐熱老化性能,這是表示乙烯基酯樹脂復合材料制品在長期高溫下,其材料性能劣化下降的程度。有些乙烯基酯樹脂的短期耐溫很高,但長期耐熱穩定性并不一定很好,其原因和它的分子式結構穩定性有很大關系,如超耐熱改性的酚醛型乙烯基酯樹脂較之普通的酚醛乙烯基酯樹脂的短期耐熱溫度高出很多,但其在長期耐熱性能方面并不比后者好多少。

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