我國玻璃纖維粉末粘結劑的研究進展

李翠紅，嵇安然，梁倫建

（巨石集團有限公司，桐鄉 314500）

0 前言

玻璃纖維氈是由連續原絲或短切原絲不定向地通過化學粘結劑或機械作用結合在一起制成的薄片狀制品。是制作玻璃鋼的主要原料。玻璃鋼是一種復合材料，它具有輕質高強，耐高溫、耐老化、耐腐蝕性好、可設計性好等優點，其性能的適應范圍非常廣泛、市場開發前景十分廣闊。據有關統計資料，世界各國開發的玻璃鋼產品的種類已達4萬種左右。雖然各國均根據本國的經濟發展情況，開發的方向各有側重，但基本上均已涉及到各個工業部門。

玻璃纖維氈包括短切原絲、連續原絲、連續單絲、表面氈等，一般來說粉劑氈浸透快、玻璃鋼制品清澈透明，在短切原絲氈、連續原絲氈中應用廣泛。粉末粘結劑分為聚酯樹脂、環氧樹脂、環氧-聚酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氨酯樹脂，不同的應用工藝對氈片的覆模性、拉伸強度、浸透速度、濕態強度等指標要求不同，根據成型工藝及用途選擇不同類型的玻璃纖維氈。

1 玻璃纖維短切氈的性能要求

玻璃纖維氈主要應用于手糊成型或模壓成型的玻璃鋼制品的生產。廣泛應用于汽車、潔具、船體、電絕緣體、防腐、管道等各類制品。不同的用途及成型基材對玻璃纖維短切氈和連續氈有不同的規格要求，不同用途、不同規格的玻璃纖維氈的拉伸強度要求也不同［1］，見表1、表2。

表1 玻璃纖維短切氈的典型規格

表2 玻璃纖維連續氈拉伸斷裂強力

玻璃纖維氈的浸透性是一個極其重要的指標，它決定玻璃纖維氈與被增強的基體樹脂的界面結合的優劣，以及復合材料的性能，欲使玻璃纖維氈完全浸透，首先就是要使未固化的液態樹脂完全、均勻地鋪展到玻璃纖維氈表面，也就是兩者之間要有充分的浸潤，根據浸潤的快慢玻璃纖維氈分為H、L、M型，如表3。

表3 短切氈苯乙烯溶解度

玻璃纖維氈的覆模性也是一個重要指標，尤其在制作形狀復雜的制品時，在彎曲處容易形成空洞，影響產品外觀及性能，因此要求玻璃纖維氈具有一定的覆模性，對不同規格的氈覆模性要求也不同，如表4所示。

表4 玻璃纖維氈覆模性

2 粉末粘結劑的研究進展

2.1 聚酯類粉末粘結劑

聚酯粉末粘結劑最早應用于玻璃纖維短切氈，也是應用最廣泛的一類粉末粘結劑。上世紀七、八十年代粉末粘結劑主要依賴進口，大多為雙酚A型聚酯樹脂，具有較高的分子量和合理的分布。九十年代南京玻璃纖維研究設計院研制的粉末粘結劑XYP-328［2］具有較好的耐化學性，較高的粘結強度，能夠很好地滿足生產廠家對粉末粘結劑的粘結性能和機組工藝操作性能要求。

此后，不斷有科研人員在聚酯粉末粘結劑領域做了大量研究工作，其中在苯乙烯中快速溶解，且溶解后透明性好的聚酯粉末粘結劑配方如下：酸與醇按照1：0.95~1：1.05的物質的量的比制成，酸由富馬酸、飽和二元酸或其酸酐、以及飽和三元酸或其酸酐，按照40%~94%：5%~50%∶1%~10%的物質的量百分比組成，飽和二元酸或其酸酐為間苯二甲酸或鄰苯二甲酸酐，飽和三元酸或其酸酐為均苯三甲酸或者偏苯三甲酸酐，二元醇為雙酚A聚氧丙烯醚，氫化雙酚A、新戊二醇中的一種與雙酚A聚氧乙烯醚組成，它們的摩爾為5%~50%：50%~90%，雙酚A聚氧乙烯醚的平均加成摩爾數為3，該粉末粘結劑可應用于透明性要求較高的玻璃鋼制品中［3］。

另外，一些制品對透明性沒有要求，而對強度要求較高，可以用不飽和二元羧酸或其酸酐與多元醇縮聚而成一種高分子量不飽和聚酯粘結劑，也有采用聚酯樹脂的方法制得粉末粘結劑，不同配方及工藝在使用中側重的性能不同［4-6］，見表5。

表5 聚酯型粉末粘結劑實例

2.2 聚酯-環氧型粉末粘結劑

針對玻璃纖維連續氈濕態強度要求高的特點，一些科研人員通過基體樹脂設計、選擇、配比研究、制備工藝選擇等各項研究，制得聚酯-環氧粉末粘結劑，能夠滿足玻璃纖維連續氈的各項要求，主要包括：（1）粒度具有一定的分布要求；（2）具有良好的流動性；（3）儲存穩定性好，不易結塊；（4）進烘箱前不固化；（5）能滿足烘箱固化條件，即180 ℃條件下3~5 min固化［7］，同時與進口連續氈進行應用性導流實驗對比，其具有良好的濕態強度，應用于玻璃纖維連續氈的生產。

2.3 PVAc類玻璃纖維氈用粘結劑

聚醋酸乙烯酯主要作為一種乳液粘結劑使用，有研究人員用軟單體/硬單體通過核殼聚合的方式，乳液聚合過程中引入反應型乳化劑制成高穩定性、高固含量、低粘度的核殼聚合物乳液，再采用噴霧干燥工藝制成粉末型粘結劑，該方法制的粉末粘結劑有效地提高了玻璃纖維原絲氈的拉伸強度，而且噴霧干燥工藝有效地克服了傳統制粉工藝中的能耗高、粉塵污染等嚴重缺陷。

聚醋酸乙烯酯粉末粘結劑還能解決粉末粘結劑高溫天氣儲存穩定性問題，一種新型玻璃纖維氈用粉末粘結劑采用專門研制的PVAc與中等數均分子量聚酯樹脂混合制備得到新型玻璃纖維氈用粘結劑，該粘結劑既保留了原有樹脂的良好粘結力和理想的粒度分布，又有效地解決了傳統粉末粘結劑易結塊的問題，改善了儲存穩定性，同時，產品質量穩定性好［8］。采用聚酯樹脂和聚醋酸乙烯酯復配的方法制得粉末粘結劑，產品生產成本較低，但由于粉末粘結劑中含有與玻璃鋼樹脂相容性不佳的聚醋酸乙烯酯，使用時需要考慮產品浸透要求。

2.4 聚氨酯類粉末粘結劑

玻璃纖維短切氈用聚氨酯粉末粘結劑的研發，有效地提升短切氈的性能，聚氨酯材料從微觀形態結構來看，強極性和剛性的氨甲酸酯基等基團由于內聚能大，分子間易形成氫鍵，聚集在一起形成硬段微相區；極性較弱的聚酯（或聚醚）聚在一起形成軟段區，常溫下軟段起物理交聯點的作用起到增強作用，硬段對材料的力學性能特別是拉伸強度、硬度、抗撕裂強度具有重要影響，設計采用適合的聚酯（聚醚）多元醇與二異氰酸酯反應，滿足制得的粉末粘結劑所需要的良好粘結力、良好儲存性，同時滿足短切氈具有一定的柔軟性、并能快速溶解于玻璃鋼樹脂的浸透性。短切氈用聚氨酯型粉末粘結劑充分發揮了聚氨酯樹脂的特性，為粉末粘結劑帶來了更好的粘結力和拉伸強度；也能夠滿足短切氈及短切氈制備的復合材料的拉伸強度、彎曲強度、與基體樹脂的相容性等各項性能要求［9］。中國專利文獻CN105567149A公開了一種玻璃纖維原絲氈用粉末粘結劑，包括如下三種組分：100重量份的組分A，1~15重量份的組分B，和0~10重量份的組分C，所述組分A為聚酯多元醇，所述組分B為二異氰酸酯，所述組分C為交聯劑［10］，本發明的玻璃纖維原絲氈用粉末粘結劑，工藝簡單，成本低，利用其制成的玻璃原絲氈具有優異的拉伸強度、彎曲強度及苯乙烯溶解速度，可廣泛應用于汽車領域、軌道交通領域、防腐領域等技術領域。

3 結束語

綜述了近些年不同結構粉末粘結劑的特點，可以根據不同的應用領域，選擇合適的粉末粘結劑，來達到所需的效果，隨著應用領域逐漸拓展，比如造船、制造玻璃連續透明瓦、著色瓦、大型容器、浴缸、汽車殼體及部件等，對玻璃纖維短切氈的性能要求越來越高，粘結劑是決定玻纖氈品質的重要因素，開發高強度、快浸透、覆模性好等綜合性能好的粉末粘結劑仍具有廣闊的應用前景。