不同晶須材料對玻璃鋼性能的影響

李汶樺，胡 濤，王央貢

（1.四川萬合非金屬新材料有限公司，四川 廣元 628017；2.華中科技大學，湖北 武漢 430030）

晶須作為填充劑，是有機高分子材料改性的一種重要的材料，可降低材料成本，改善材料的各種性能，賦予材料新的特性和功能，擴大材料的應用范圍。近年來廉價晶須的問世，給塑料、橡膠、涂料、粘合劑領域帶來了新的材料與性能改進的新思路[1，2]。

玻璃鋼（即不飽和樹脂制品），在石油、化工、農藥、醫藥、染料、電鍍、電解、冶煉、輕工等諸領域已得到廣泛應用。晶須材料可以進一步提高不飽和樹脂制品的性能。有研究采用自制硫酸鈣晶須作為填充劑，發現填充后的不飽和聚酯樹脂的收縮率和抗沖擊強度等性能得到明顯改善[3]。本文采用硫酸鈣晶須、碳酸鎂晶須、硅灰石為改性劑，研究其對玻璃鋼產品力學性能和熱變形性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

不飽和樹脂196、固化劑（A型甲乙酮）、促進劑（A型鈷化合物），廣東固德樹脂廠；無水硫酸鈣晶須，四川萬潤非金屬礦物材料有限公司；三水碳酸鎂晶須、無水碳酸鎂晶須，自制；硅灰石，江西奧特科技有限公司；滑石粉、雙飛粉、石英粉，市售工業品；硅烷偶聯劑，KH550，儀征天揚化工廠。

1.2 儀器與設備

高速混合機，SH R-10A型，張家港市萬塑機械有限公司；電子萬能試驗機，WDT-200型，長春第二試驗機有限責任公司；簡支梁沖擊試驗機，MZ-2054，江都明珠試驗機械廠；熱變形度測量儀，自制。

1.3 玻璃鋼樣品基本配方

實驗配方中的對照品為某公司玻璃鋼制品的基本配方（R0）。混合填料為滑石粉，雙飛粉，石英粉等，添加的改性增強材料配方（質量份）見表1。

1.4 試樣制備

表1 實驗基本配方Tab.1 Test basic formulation

試樣按表1的配方均勻調和，然后用模具澆注塑型。

1.5 性能測試

拉伸強度和斷裂伸長率：按GB/T 1040—1992測試；彎曲強度按GB/T 9341—2000測試；沖擊強度按GB/T 1043—1993測試。

熱變形度：取160 mm×10 mm×0.8 mm式樣條，擱置于間距100 mm 的硬木擱架上，2端各留30 mm，在式樣條中部放5 g的砝碼，將其置于自制的精密恒溫烘箱中，于指定溫度下烘烤一定時間，冷卻定型。測量指定烘烤時間試樣條的下垂尺寸。以對照樣品的下垂尺寸為100%，比較各個配方的變形率。

2 結果與討論

2.1 不同晶須的形貌

無水硫酸鈣晶須（A）采用四川萬潤非金屬礦物材料有限公司產品，針狀，直徑1.5～3μm，長度150～200 μm以上，長徑比50～80，形貌見圖1（A）。

圖1 不同樣品晶須形貌圖Fig.1 Morphology of whiskers of different samples

三水碳酸鎂晶須（B）與無水碳酸鎂晶須（C），皆自制產品[4]。針狀，直徑2～3 μm，長度30～50 μm，長徑比10～20。形貌見圖1（B）、（C）。

800目硅灰石粉中具有針狀、纖維狀晶體形態，混雜有大量粉粒，晶須部分直徑2～6 μm，最長可達15 μm，長徑比1～15（平均3.1）。可以視為晶須與一般粉體的混合物，質量優劣與晶須部分的含量有關，一般商品沒有標記。見圖1（D）。

2.2 不同晶須用量對材料力學性能和熱性能影響

加入不同晶須材料后玻璃鋼的力學性能都有不同的改變，結果見圖2～5。

晶須材料對玻璃鋼制品力學性能都有不同程度的提升，在本研究的配方中，無水硫酸鈣晶須與無水碳酸鎂晶須都能夠提高產品的沖擊強度，使用硅灰石略有提高（圖2），產品的斷裂伸長率一般保持不變，或者略有提高（圖4）。晶須材料對彎曲強度的影響較大（圖5），加入硅灰石后材料的彎曲強度略有提高，無水硫酸鈣晶須與無水碳酸鎂晶須可將產品的彎曲強度提高50%以上。隨著晶須材料加入量的增加，硅灰石的性能有較大的提升。由圖3～5可見，三水碳酸鎂晶須對產品性能沒有積極的貢獻，甚至較對照品性能更差。

圖2 不同晶須對沖擊強度的影響Fig.2 Influence of different whiskers on impact strength

圖3 不同晶須對拉伸強度的影響Fig.3 Influence of different whiskers on tensile strength

圖4 不同晶須對斷裂伸長率的影響Fig.4 Influence of different whiskers on elongation at break

圖5 不同晶須對彎曲強度的影響Fig.5 Influence of different whiskers on bending strength

2.3 不同晶須用量對材料熱變形性能的影響

從圖6可見，根據上述配方制備的產品對熱變形性能無太大提高。

圖6不同晶須對熱變形性能的影響Fig.6 Influence of different whiskers on thermal deformation

2.4 晶須中結晶水的影響

圖3 、4明顯顯示，三水碳酸鎂晶須的性能遠不如無水碳酸鎂晶須，甚至較硅灰石都差。三水碳酸鎂晶須中的結晶水結合不牢固[5]，有可能在玻璃鋼樣品制作過程中，結晶水影響了樹脂的固化，進而影響產品的性能，該問題有待于進一步研究。

2.5 硅灰石

硅灰石是一種天然礦石研磨制備的填料，一般是纖維狀、針狀或放射狀，不含結晶水，吸濕性小，熔點高，熱脹系數小，耐熱穩定性好，力學性能和電性能優良，其長徑比可達10～15[6]。本研究的結果顯示，硅灰石可作晶須的替代品，對玻璃鋼制品的性能有一定的提高，但與無水硫酸鈣晶須及無水碳酸鎂晶須相比，其對玻璃鋼制品的性能的影響存在明顯差距。

3 結論

（1）無水硫酸鈣晶須與無水碳酸鎂晶須都是很好的玻璃鋼增強添加劑，加入后可將材料的彎曲強度提高50%左右。

（2）硅灰石可以作為晶須的替代品，對產品的力學強度有一定的提高，但遠不如無水硫酸鈣晶須與無水碳酸鎂晶須對產品的力學強度提高的多。

（3）碳酸鎂晶須同時具有增強與阻燃性能，在需要考慮產品的阻燃性能時，可以優選無水碳酸鎂晶須與無水硫酸鈣晶須，但不能選擇帶有結晶水的碳酸鎂晶須。

（4）加入晶須材料對產品的熱變形性能無太大提高。