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复合环氧树脂电缆桥架原材料成份说明

2017-11-20

一、阻燃剂

一般阻燃剂按其化学成分可以分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类。

有机阻燃剂分为磷系和卤系两个系列。前者在室温下多为液态,发烟量大,有毒性,要求被阻燃结构中含有大量H、O元素才能脱水形成碳化层,因而其应用受到很大限制。卤系阻燃剂主要包括氯和溴两大类。从使用情况看,含溴阻燃剂使用更加普遍。这主要是由于溴化物热分解后腐蚀性和毒性相对较小,而且较少量使用即可达到与氯化物相同的阻燃效果。然而,从总的使用情况来看,卤系阻燃剂由于其分解产物毒性大、烟雾大等特点,正逐步被其他无机阻燃剂所代替。

无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化钼、钼酸氨、硼酸锌、氧化锌、氧化锆、氢氧化锆等,其中以氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑应用最为广泛,尤其是氢氧化铝、氢氧化镁不仅可以起到阻燃作用,而且可以起到填充作用。它们具有热稳定好、高效、抑烟、阻滴、填充安全、对环境基本无污染等特点,在无机阻燃材料中得到广泛的应用。 二、树脂:不饱和聚酯树脂 1.不饱和聚酯树脂的定义

人类最早发现的树脂是从树上分泌物中提炼出来的脂状物,如松香等,这是“脂”前有“树”的原因。直到1906年第一次用人工合成了酚醛树脂,才开辟了人工合成树脂的新纪元。1942年美国橡胶公司首先投产不饱和聚酯树脂,后来把未经加工的任何高聚物都称作树脂。但是早就与“树”无关了。

树脂又分为热塑性树脂和热固性树脂两大类。对于加热熔化冷却变固,而且可以反复进行的可熔的树脂叫做热塑性树脂,如聚氯乙烯树脂(PVC)、聚乙烯树脂(PE)等;对于加热固化以后不再可逆,成为既不溶解,又不熔化的固体,叫做热固性树脂,如酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。

“聚酯”是相对于“酚醛”“环氧”等树脂而区分的含有酯键的一类高分子化合物。这种高分子化合物是由二元酸和二元醇经缩聚反应而生成的,而这种高分子化合物中含有不饱和双键时,就称为不饱和聚酯,这种不饱和聚酯溶解于有聚合能力的单体中(一般为苯乙烯)

而成为一种粘稠液体时,称为不饱和聚酯树脂(英文名Unsaturated Polyester Resin 简称UPR)。

因此,不饱和聚酯树脂可以定义为由饱和的或不饱和的二元酸与饱和的或不饱和的二元醇缩聚而成的线型高分子化合物溶解于单体(通常用苯乙烯)中而成的粘稠的液体。 2.不饱和聚酯树脂的特性

不饱和聚酯树脂是一种热固性树脂,当其在热或引发剂的作用下,可固化成为一种不溶不融的高分子网状聚合物。但这种聚合物机械强度很低,不能满足大部分使用的要求,当用玻璃纤维增强时可成为一种复合材料,俗称“玻璃钢”(英文名Fiber Reinforced Plastics 简称FRP)。“玻璃钢”的机械强度等各方面性能与树脂浇铸体相比有了很大的提高。 以不饱和树脂为基材的玻璃钢(UPR-FRP)具有以下特性: 1)轻质高强

FRP的密度为1.4-2.2g/cm3,比钢轻4-5倍,而其强度却不小,其比强度超过型钢、硬铝和杉木。这对于航空、航天、火箭、导弹、军械及运输等需要减轻自重的产品具有非常重要的意义。例如波音747喷气客机在主要结构上应用的FRP部件达2.2吨,有效地节省了飞机燃料,提高了航速,延长了续航时间,增加了有效载荷。见表1。 表1 UPR-FRP与其他材料的性能

材料 相对密度(g/cm3) 极限拉伸强度(Mpa) 比强度(×103cm) 拉伸弹性模量(Gpa) 比模量(×103cm UPR-FRP 1.5-1.7 352 2076.6 19.71 115.9 钢 7.8 880 1128.2 204.16 261.7 硬铝 2.8 457.6 1634.2 70.4 251.4 杉木 0.5 70.4 1408.0 9.86 197.2 2) 耐腐蚀性能良好

UPR-FRP是一种良好的耐腐蚀性材料,能耐一般浓度的酸、碱、盐类,大部分有机溶剂、海水、大气、油类,对微生物的抵抗力也很强,正广泛应用于石油、化工、农药、医药、染料、电镀、电解、冶炼、轻工等国民经济诸领域,发挥着其他材料无法替代的作用。 3) 电性能优异

UPR-FRP绝缘性能极好,在高频作用下仍能保持良好的介电性能。它不反射无线电波,不受电磁的作用,微波透过性良好,是制造雷达罩的理想材料。用它制造仪表、电机、电器产品中的绝缘部件能提高电器的使用寿命和可靠性。见表2。

表2 UPR-FRP的介电性能

体积电阻率(Ω cm) 介电强度(KV mm-1) 介电常数(60Hz) 功率因数(60Hz) 耐电弧性 (S) 1012~1014 15-20 3.0-4.4 0.003 125 4)独特的热性能

UPR-FRP的导热系数为0.3-0.4Kcal/mh℃,只有金属的1/100-1/1000,是一种优良的绝热材料,用其制成的门窗是第五代新型节能建材。另外,FRP线胀系数也很小,与一般金属材料接近,所以FRP和金属连接不致受热膨胀产生应力,有利于其与金属基材或混凝土结构粘接。 5) 加工工艺性能优异

UPR的加工工艺性能优异,工艺简单,可一次成型,既可常温常压成型,又可以加温加压固化,而且在固化过程中无低分子副产物生成,可制造出比较均一的产品。由于其工艺性能优异,近年来已被广泛用于制作工艺品、仿大理石制品、聚酯漆等非玻璃纤维增强型材料。 6)材料的可设计性好

UPR-FRP是以UPR为基体,以玻璃纤维为增强骨材的复合材料,二者经过一次性加工成型为最终形状的制品。所以FRP不仅仅是一种材料,同时也是一种结构。所谓可设计性包含两方面内容:(1)功能设计;通过选择合适的UPR和玻璃纤维可以制成具有各种特殊功能的FRP制品,如:可以制成耐腐蚀的产品;可以制成耐瞬时高温的产品;可制成透光板材;可制成耐火阻燃制品;可制成耐紫外线制品……(2)结构设计:可以根据需要,灵活地设计出各种产品结构,如玻璃钢门窗、玻璃钢格栅、玻璃钢管、玻璃钢槽、玻璃钢罐等。

任何一种材料都不是万能的,FRP也不例外。首先FRP与金属相比有许多本质上差别,例如金属是各向同性材料,而FRP是各向异性材料,金属在应力作用下,一般分为弹性变形与塑性变形两个阶段,而FRP在应力作用下一般没有显著的塑性变形阶段,没有屈服点,在受力过程中有分层现象,在超负荷时容易突然断裂。其次FRP的模量较低,比钢材差10倍,因此凡对刚性要求高的产品必须进行精心设计。第三,FRP的耐热比金属材料相差甚远,到目前为止FRP的长期使用温度还只限于200℃以下。 3.不饱和聚酯树脂的分类和用途

根据不饱和聚酯树脂的结构可分为邻苯型、间苯型、对苯型、双酚A型、乙烯基酯型等;根据其性能可分为通用型、防腐型、自熄型、耐热型、低收缩型等;根据其主要用途可分为玻璃钢(FRP)用树脂与非玻璃钢用树脂两大类,所谓玻璃钢制品是指树脂以玻璃纤维及其制品为增强材料制成的各种产品,也称为玻璃纤维增强塑料(简称FRP或玻璃钢);非玻璃钢制品是树脂与无机填料相混合或其本身单独使用制成的各种制品,也称为非增强型玻璃钢制品。

按具体专用品种分类包括有缠绕树脂、喷射树脂、RTM树脂、拉挤树脂、SMC、BMC树脂、阻燃树脂、食品级树脂、防腐蚀树脂、气干型树脂、宝丽板树脂、工艺品树脂、纽扣树脂、玛瑙树脂、人造石树脂、高透明树脂水晶树脂、原子灰树脂等。作为FRP表面装饰的防老化阻燃胶衣、耐热胶衣、喷涂胶衣、模具胶衣、不开裂胶衣、辐射固化胶衣、高耐磨胶衣等。

UPR的玻璃钢制品广泛地应用于下述领域:

建筑领域:制冷却塔、玻璃钢管、罐、槽等防腐产品及工程、玻璃钢车辆、玻璃钢船艇 UPR的非玻璃钢应用领域大致如下:浇铸工艺品、钮扣、人造石、涂层、原子灰

 

环氧树脂含义:

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。 ]应用特性

1、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求,其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、 固化方便。选用各种不同的固化剂,环氧树脂体系几乎可以在0~180℃温度范围内固化。

3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在,使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低,产生的内应力小,这也有助于提高粘附强度。

4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的,没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比,在固化过程中显示出很低的收缩性(小于2%)。 5、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

6、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。

7、 化学稳定性。通常,固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样,化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂,可以使其具有特殊的化学稳定性能。 8、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合,使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。 9、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌,可以在苛刻的热带条件下使用。 类型分类

根据分子结构,环氧树脂大体上可分为五大类:

1、 缩水甘油醚类环氧树脂 2、 缩水甘油酯类环氧树脂3、 缩水甘油胺类环氧树脂 4、 线型脂肪族类环氧树脂 5、 脂环族类环氧树脂

复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂,这种树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。

环氧树脂及环氧树脂胶粘剂本身无毒,但由于在制备过程中添加了溶剂及其它有毒物,因此不少环氧树脂因此“有毒”,近年国内环氧树脂业正通过水性改性、避免添加等途径,保持环氧树脂“无毒”本色。

氧树脂一般和添加物同时使用,以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择,常用添加物有以下几类:(1)固化剂;(2)改性剂;(3)填料;(4)稀释剂;(5)其它。

其中固化剂是必不可少的添加物,无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂,否则环氧树脂不能固化。

由于用途性能要求各不相同,对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。现将它们的选择方法如下: (一)环氧树脂的选择 1、 从用途上选择

作粘接剂时最好选用中等环氧值(0.25-0.45)的树脂,如6101、634;作浇注料时最好选用高环氧值(>0.40)的树脂,如618、6101;作涂料用的一般选用低环氧值(<0.25)的树脂,如601、604、607、609等。 2、 从机械强度上选择

环氧值过高的树脂强度较大,但较脆;环氧值中等的高低温度时强度均好;环氧值低的则高温时强度差些。因为强度和交联度的大小有关,环氧值高固化后交联度也高,环氧值低固化后交联度也低,故引起强度上的差异。 3、 从操作要求上选择

不需耐高温,对强度要求不大,希望环氧树脂能快干,不易流失,可选择环氧值较低的树脂;如希望渗透性也,强度较好的,可选用环氧值较高的树脂。 (二)、固化剂的选择 1、固化剂种类:

常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺,另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂,加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。

环氧值是鉴定环氧树脂质量的最主要指标,环氧树脂的型号划分就是根据环氧值的不同来区分的。环氧值是指100克树脂中所含环氧基的克当量数。

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