不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究.pdf

  • 文档大小:694.46 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2022-03-27 发布
  • 举报
不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究1 不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究2 不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究3 不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究4 不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究5 不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:1.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
2015年第11期玻璃钢/复合材料53不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究聂亚楠,马东阳,王成启(1.中交上海三航科学研究院有限公司,上海200032;2.上海建科检验有限公司,上海201108)摘要:采用湿热老化、冻融循环及紫外老化等加速试验方法,通过质量变化率、弯曲强度保留率及SEM分析,对189不饱和聚酯玻璃钢及MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢在海洋环境中的腐蚀机理和耐久性进行了详细研究。试验结果表明,湿热老化150d后,189不饱和聚酯玻璃钢及MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的质量变化复别为一6.03%和0.31%,弯曲强度保留复别为26.2%和47%;紫外老化300h后,弯曲强度保留复别为84%和94%;1000次冻融循环后,弯曲强度保留复别为30%和65%。基体树脂分子链上酯基的密度是影响玻璃钢在海洋环境中耐久性的关键因素,MFE.2环氧乙烯基酯树脂分子链上酯基的密度约为189不饱和聚酯树脂分子链上酯基密的1/3,所以MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢在海洋环境中具有更好的耐久性。关键词:不饱和聚酯;环氧乙烯基酯;玻璃钢;耐海水腐蚀—中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:10030999(2015)11-0053-061前言玻璃钢是由玻璃纤维作为增强组分、树脂作为连续相基体制备的高性能复合材料,它具有轻质高强、耐腐蚀性好、成型方式灵活等优点,被广泛应用于跨海大桥桥面、救生艇、风机叶片、腐蚀性液体输送管道及高压反应釜等国民经济领域J。玻璃钢在海洋环境中具有优异的耐腐蚀性能,服役寿命长,耐久性好,日本及欧洲等国家都将玻璃钢纳人了具有50~100年使用寿命的材料范畴j。近年来,玻璃钢逐渐被用来包覆海洋工程结构,替代传统防腐涂层,作为防腐措施,保护海洋工程结构不受海水腐蚀,延长海洋工程结构的服役寿命J。玻璃钢具有灵活的成型性,能够适用于多种海工结构的包覆防腐处理_6J。与传统的防腐涂层相比,玻璃钢的树脂基体具有更好的耐海水腐蚀性能,玻璃钢可达到的厚度也远比涂层厚的多,玻璃钢还具有优异的力学性能,能够降低海洋工程结构遭受外力破坏的风险,因此玻璃钢在保护海洋工程防腐、防护方面发展前景广阔[引。服役在海洋环境中的玻璃钢除了受海水腐蚀外,还受紫外光及冻融环境的影响。对玻璃钢的耐久性进行全面、深入研究,对于玻璃钢在海洋环境中应用的进一步发展具有重要意义。2试验2.1试样制备原材料:MFE.2环氧乙烯基酯树脂,华东理工大学华昌聚合物有限公司;189# ̄饱和聚酯树脂、CWR400D中碱玻璃纤维布,常州桦立科新材料有限公司;过氧化甲乙酮,阿克苏诺贝尔化学品(宁波)有限公司;异辛酸钴,上海涂料有限公司长风化工厂。玻璃钢制备:采用手糊成型法,分别制备五层树脂四层玻璃纤维布的189不饱和聚酯玻璃钢与MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢,试样尺寸为400mmx400mmX2mm。2.2试验方法—(1)质量变化率(参照GB/T14622005)试验条件:试验介质为3.5wt%海盐和去离子水配制而成的人工海水,初始pH为6.58,试验温度分别为23%和70 ̄C。结果以相对于试样质量的吸水百分率表示。(2)湿热老化试验℃试验条件:70人工海水全浸泡。(3)紫外老化试验(参照GB/T16422.3-1997)—试验条件:紫外灯光源为uVA340,该灯波长为℃340nm,辐照强度为30W/m,箱内温度控制为4O。—收稿日期:2o15-0525基金项目:桩基工程玻璃钢包覆防腐成套技术研究(2o12一ZJKJ-13)作者简介:聂亚楠(1987.),男,硕士,工程师,主要研究方向为防腐材料。通讯作者:王成启(1963.),男,博士,教授级高工,主要研究方向为高性能混凝土技术,weqOu@163.com。砑羲瓣姐54不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究2015年l1月—(4)抗冻试验(参照GB/T500822009)试验条件:试验介质为人工海水,每次冻融循环在2~4h内完成,冻融和融化终了时,试验中心温度分别控制在一17_+2 ̄C和8 ̄2 ̄C。2.3性能测试—弯曲强度保留率:弯曲强度按GB/T14492005,采用三思材料万能试验机进行。测试结果以弯曲强度保留率表示。3试验结果及分析一3.1湿热老化(1)质量变化率189不饱和聚酯与MFE.2环氧乙烯基酯玻璃钢在70%人工海水中的质量变化率与浸泡时间的关系如图1所示。莲尝:宝.璺%皇图1质量变化率与浸泡时间的关系Fig.1Relationofmassvariationratewithimmersiontime玻璃钢在高温海水中的质量变化率包括吸水、可溶性化合物向溶液中扩散和树脂水解等过程¨。从图1可以看出,189不饱和聚酯玻璃钢的质量变化率随时间增加急剧下降,质量变化率为负值,这是由于树脂基体水解造成的。随着时间增加,浸泡189不饱和聚酯玻璃钢的海水逐渐由无色变成浅黄色。海水的pH值由初始的6.58下降到2.13,这也表明不饱和聚酯树脂发生了严重的水解腐蚀。而MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢的质量变化率先升高后下降,最后趋于稳定。在前30d,水分子向玻璃钢内部扩散的速率大于可溶性化合物向溶液中扩散的速率,质量变化率增加;30d后,可溶性化合物扩散速率增加,质量变化率下降;90d后,水分子扩散与可溶性化合物扩散达到平衡状态,质量变化率不随时间变化。MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢的质量变化率确|一直为正值,没有出现树脂基体水解现象。从分子结构来讲,酯基的水解是造成玻璃钢化学腐蚀的最主要因素。MFE一2环氧乙烯基酯树脂分子链上酯基的密度仅为189不饱和聚酯树脂分子链上酯基密的1/3,而且酯基都处于可交联的双键临位,与疏水的苯乙烯发生共聚交联反应生成网状结构后具有高度的水解稳定性_】。因此,MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢比189不饱和聚酯玻璃钢具有更好的耐海水腐蚀性能。(2)弯曲强度保留率189不饱和聚酯与MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢在70 ̄C海水中的弯曲强度保留率与浸泡时间的关系如图2所示。图2弯曲强度保留率与浸泡时间的关系Fig.2Relationofbendingstrengthretentionratewithimmersiontime从图2可以看出,这两种玻璃钢的弯曲强度保留率随时间增加而持续降低。随着浸泡时间的增加,水分子通过玻璃钢表面孔隙及树脂基体一玻璃纤维界面间的毛细孔向玻璃钢内部扩散,树脂基体一纤维界面间的作用力逐渐被破坏,所以玻璃钢的弯曲强度保留率随时间增加持续下降。189不饱和聚酯玻璃钢弯曲强度保留率的下降速率比MFE.2环氧乙烯基酯玻璃钢快。由于不饱和聚酯树脂发生了水解反应,树脂基体产生了大量微小裂纹,连续相结构遭到破坏,不能很好地分散应力,所以189不饱和聚酯玻璃钢的弯曲强度保留率下降更快。而MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢弯曲强度保留率的下降主要是由树脂基体一纤维界面间的作用力破坏造成的,没有发生树脂水解反应,弯曲强度保留率较高。(3)SEM189不饱和聚酯玻璃钢湿热老化前后断面的^口拦Is瘩黑0霜旨ala56不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究2015年11月3.2紫外老化经紫外光老化后,189不饱和聚酯玻璃钢与MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的弯曲强度保留率如图5所示。图5弯曲强度保留率与紫外老化时间的关系Fig.5Relationofbendingstrengthretentionratewithultravioletasingtime从图5可以看出,这两种玻璃钢的弯曲强度保留率随老化时间增加先升高后下降,然后又升高,最后持续下降。紫外光照射时间小于60h时,因紫外光照射引起的玻璃钢后固化速率大于紫外光对玻璃钢结构的破坏速率,玻璃钢的弯曲强度保留率增加。紫外光照射时间小于120h时,照射深度仅发生在玻璃钢外部,玻璃钢外部树脂的固化已基本完成而紫外老化造成的结构的破坏仍在继续进行,所以玻璃钢的弯曲强度保留率下降。紫外光照射时间小于180h时,随着紫外光照射时间的延长及照射深度的加深,为玻璃钢试样内部的后固化反应提供了必须的能量,内部树脂发生后固化反应,玻璃钢的弯曲强度保留率升高。紫外光照射时间超过180h时,玻璃钢内部树脂后固化反应已经基本完成,紫外光造成的老化速率远远大于玻璃钢的后固化速率,所以玻璃钢的弯曲强度保留率显著降低。从分子结构来讲,基体树脂中的酯基是主要的紫外光吸收团,最易受到紫外光攻击而分解,使树脂分子链断裂,酯基的含量是玻璃钢耐紫外老化性能的重要影响因素。MFE.2环氧乙烯基酯树脂分子链上酯基的密度约是不饱和聚酯树脂分子链上酯基密度的1/3,所以在老化后期,相同老化时间下,环氧乙烯基酯玻璃钢的弯曲强度保留率更高,具有更好的耐紫外老化性能。3.3抗冻性能(1)质量变化率189不饱和聚酯玻璃钢与MFE一2环氧乙烯基酯礤}_P/I囊玻璃钢在23 ̄C人工海水中的质量变化率与浸泡时间的关系如图6所示。o60120l8O240300360图6质量变化率与浸泡时间的关系Fig.6Relationofmassvariationratewithimmersiontime从图6可以看出,这两种玻璃钢的质量变化率曲线随时间增加先升高后下降,最后保持不变。玻璃钢在海水中的质量变化包含质量增加的吸水过程和质量减小的玻璃钢内部可溶性化合物向溶液中扩散的过程。初始阶段,水分子通过玻璃钢表面的孔隙及树脂基体.纤维界面间的毛细孔向玻璃钢内部渗透,水分子向玻璃钢内部扩散的速率大于玻璃钢内部可溶性化合物向溶液中扩散的速率,质量变化率增加。在中间阶段,可溶性化合物向溶液中扩散的速率增加,超过水分子向玻璃钢内部扩散的速率,质量变化率下降。最后阶段,水分子向玻璃钢内部扩散的速率与玻璃钢内部可溶性化合物向溶液中扩散的速率平衡,质量变化率不再随时间变化。相同时间下,189不饱和聚酯玻璃钢的吸水率大于MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的吸水率。这两种玻璃钢的孔隙率相差不多,吸水率的差异主要是由分子结构中的亲水基团密度不同造成的,MFE.2环氧乙烯基酯树脂分子链上酯基的密度约为189不饱和聚酯树脂分子链上酯基密度的1/3,所以MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的吸水率更小。玻璃钢的抗冻性能与其最大吸水率密切相关。渗透进树脂基体一纤维界面间的水分子结冰后体积膨胀,溶化后体积减小,这种冻融将产生巨大的应力,使树脂基体-纤维发生界面破坏甚至使树脂基体破裂。(2)弯曲强度保留率189不饱和聚酯玻璃钢与MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢的弯曲强度保留率与冻融循环次数的关系如图7所示。∞£0甚g_葛}主∞Ⅱ占嚣lp口J0皇g墓2015年第11期玻璃钢/复合材料57图7弯曲强度保留率与冻融循环次数的关系Fig.7Relationofbendingstrengthretentionrate—withfreezethawcycles从图7可以看出,189不饱和聚酯玻璃钢的弯曲强度保留率在500个冻融循环内随循环次数增加下降平缓,500个循环之后显著下降。而MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢的弯曲强度保留率在750个冻融循环内随循环次数增加持续下降,750个循环后不再变化。冻融循环条件强化了水分子向玻璃钢内部渗透的条件。水分子加速向玻璃钢内部渗透,削弱了基体一纤维的界面作用¨。渗透进玻璃钢内部的水分子结冰后体积膨胀,溶化后体积减小,这种冻融产生了巨大的应力,使基体树脂一纤维发生界面破坏,所以189不饱和聚酯玻璃钢与MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的弯曲强度保留率随循环次数增加持续降低。500个循环后,由于189不饱和聚酯玻璃钢的吸水率较大,吸附的水分子结冰后产生的应力导致基体树脂开裂,基体的连续相结构遭到破坏,所以玻璃钢的弯曲强度保留率急剧下降,1000个循环后,189不饱和聚酯玻璃钢的弯曲强度保留率降低至30%左右。而MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的弯曲强度保留率在750个循环后维持在65%左右,且不再随循环次数增加而下降。MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢的吸水率较小,水分子结冰后体积膨胀产生的应力不足以破坏树脂基体的连续相结构,所以750个循环之后弯曲强度保留率下降到最低值。500个冻融循环之前,189不饱和聚酯玻璃钢的弯曲强度保留率大于MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢。在冻融循环条件下,除了水分子的破坏作用外,树脂基体与纤维的热膨胀系数不一致也会导致树脂基体一纤维界面的破坏。由于基体树脂的热膨胀系数与玻璃纤维的热膨胀系数不同,在交变冻融循环过程中,因温度的变化造成树脂与玻璃纤维的膨胀与收缩不一致,树脂基体一纤维界面作用力减弱,界面遭受破坏。在前500个循环,由于吸水量较小,因基体树脂与玻璃纤维的热膨胀系数不同造成的界面破坏占主要地位。189不饱和聚酯树脂与玻璃纤维布的热膨胀系数差异比MFE一2环氧乙烯基酯树脂与玻璃纤维布的热膨胀系数差异小,所以在前500个循环,189不饱和聚酯玻璃钢的弯曲强度保留率大于MFE一2环氧乙烯基酯玻璃钢。4结论湿热老化、紫外老化及冻融循环等加速老化试验结果显示,MFE.2环氧乙烯基酯玻璃钢比189不饱和聚酯玻璃钢在海洋环境中具有更好的耐久性。树脂分子链中的酯基密度是影响玻璃钢在海洋环境中耐久性的关键因素:(1)酯基在海水环境中会发生水解反应,使树脂分子链断裂,破坏树脂基体的连续相结构,使玻璃钢发生腐蚀破坏;(2)酯基是基体树脂中最主要的紫外光吸收团,最易受到紫外光攻击而分解,使树脂分子链断裂,降低玻璃钢的耐久性;(3)酯基是极性基团,容易吸附水分子且易与水分子形成氢键,吸附的水分子在玻璃钢内部结冰后体积膨胀、融化后体积减小,产生的作用力能够使树脂基体.纤维发生界面破坏,甚至使树脂基体破裂,使玻璃钢失去防护效果。MFE一2环氧乙烯基酯树脂分子链上酯基的密度约为189不饱和聚酯树脂分子链上酯基密度的1/3,所以MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢在海洋环境中具有更好的耐久性。参考文献[1]ShivaEslami,FaridTaheri.EffectsofperforationsizeontheresponseofperforatedGFRPcompositesagedinacidicmedia[J].CorrosionScience,2013,69(4):262・269.[2]刘观政,李地红,黄力刚,等.玻璃钢在盐雾环境中腐蚀机制和性能演变规律的试验研究[J].玻璃钢/复合材料,2008,(1):354o.[3]BianL.,XiaoJ.,ZengJ.,eta1..EffectsofseawaterimmersiononwaterabsorptionandmechanicalpropertiesofGFRPcomposites[J].—JournalofCompositeMaterials,2012,46(25):31513162.[4]AKUTAGAWAHiroaki,MIYATAYoshikazu,NAKANOHiromasa.—LongTermexposuretestforcorrosioncontrolofsteelpipepiles[A].—CoastTechnologyResearchCenterSymposium[C].2006.7982.[5]SenR.,MullinsG..ApplicationofFRPcompositesforunderwater—pilesrepair[J].CompositesPartBEngineering,2007,38(5-6):赣避警晦∞婆a日警一莹Jo崔g0墓58不饱和聚酯玻璃钢与环氧乙烯基酯玻璃钢耐久性能试验研究2015年11月75l-758.[6]陈忠义,王丽梅.玻璃钢成型工艺[J].建设科技,2004,(19):61.—[7]XuJ.,KolsteinH.,Franss.K.Bijh ̄-d.Moisturediffusionandhygrothermalaginginpultrudedfibrereinforcedpolymercompositesof—bridgedecks[J].M ̄efiMandDesign,2012,37(3):304312.[8]吕海宝.玻璃钢在海洋环境中腐蚀机制和性能演变规律的试验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.[9]张琦,黄故.不饱和聚酯基玻璃钢的紫外线老化试验[J].东华大学学报,2009,35(5):506-509.[10]HuangG..Behaviorsofglassfiber/unsaturatedpolyestercompositesunderseawaterenvironment[J].MaterialandDesign,2009,30—(4):13371340.[11]戴华,周润培.耐碱环氧乙烯基酯树脂的分子设计[J].玻璃钢/复合材料,2014,(2):59.61.[12]李勇智,宋佳佳,任俊淇,等.高原型风电机组用玻璃钢罩抗—老化性能分析[J].玻璃钒/复合材料增刊,2012,(SI):3840.[13]AssararM.,ScidaD.,E1MahiA.,eta1.Influenceofwaterageingonmechanicalpropertiesanddama—geeventsoftworeinforcedcom———positematerials:Flaxfibresandglassfibres[J].MaterialandDesign,2011,32(2):788-795.[14]方立,周晓东.连续玻璃纤维增强聚丙烯拉挤棒材的性能稳定—性[J].玻璃钢/复合材料,2013,(9):1316.[15]NordinC.,MaZ.J.,PenumaduD..Combinedeffectofloadingandcoldtemperatureonthestiffnessofglassfibercomposites[J].Jour-nalofcompositesforconstruction,2010,14(2):224・230.’DURABILITYoFUNSATURAIEDP0LYESTERRESINBASEDANDEPoXYVINYLESTERRESINBASEDGLASSFIBER.REINFoRCEDPLASTICSCoMPoSITES—NIEYanan,MADong-yang,WANGCheng-qi(1.ShanghaiThirdHarborEngineeringScience&TechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200032,China;2.ShanghaiJiankeTechnicalAssessmentofConstructionCo.,Ltd.,Shanghai201108,China)Abstract:Inrecentyears,GFRPcompositesaregraduallyusedtowrapoceanengineeringstructures,which—actassubstitutesofanticorrosionpaintsorcoatings,workingasprotectivelayerstoprolongtheservicelifeofthese—oceanengineeringstructures.InordertoresearchthedurabilityofGFRPcompositesinoceanenvironment,hydro——thermalaging,freezethawagingandultravioletagingwereadoptedtostudythecorrosionbehaviorofglassfiber-reinforcedplasticscompositesinoceanenvironment.Themassvariationrate.retentionrateofbendingstrengthandSEMwereusedtoanalyzethecorrosionmechanismanddurabilityof189unsaturatedpolyesterresinbasedand—MFE一2epoxyvinylesterresinbasedglassfiberreinforcedplastics(GFRP)composites.TheresultsshowthatthenumberofestergroupontheresinmolecularchainisthemainfactorthataffectsthedurabilityofGFRPcompositesinoceanenvironment.ThenumberofestergroupontheMFE一2epoxyvinylesterresinmolecularchainisabout1/3—ofthe189unsaturatedpolyesterresin.Tobeconcludes,theMFE-2GFRPpossessesbetterdurabilityinoceanenvironment.—Keywords:unsaturatedpolyesterresin;epoxyvinylesterresin;glassfiberreinforcedplasticscomposites;seawatercorrosionresistance
陌南尘
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:1.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档