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三、酚醛树脂拉挤工艺的研究和开发
如上所述,酚醛拉挤工艺还存在着不少的技术问题,另外,酚醛拉挤制品还不十分完美。但是,经过不断的探索和研究,近年来发现单组分酚醛树脂,完全适用于拉挤成型工艺。
目前,研究开发酚醛树脂拉挤工艺的工作,主要有两种途径:一是改善单组分酚醛树脂的综合性能例如在热固化时间、粘度和脱水量等方面,以使其尽量适应快速拉挤工艺的需要。二是改变酚醛树脂的化学组分,提高苯酚/甲醛的比例,以加快其交联速度,并对酚醛树脂的粘度和脱水量等相关性能,进行专项的研究。
经过实践证明,对于酚醛树脂来讲,若需加快它的固化速度,其粘度和脱水量必然也相应地有所提高。这种情况,是拉挤成型工艺所不希望的。为此,有人企图寻找各种不同的单体,以改变酚醛的化学组分结构。其中较为成功的一个例子,就是使用间苯二酚,既加快了固化速度,又不至于增加酚醛树脂的粘度和脱水量。
除此以外,对于酚醛拉挤工艺的研究工作,还正寻找一种可在模腔内加速固化过程,但对模具钢材不会产生腐蚀作用的催化剂。最理想的是,在室温下具有很低的活性,甚至活性为零的催化剂,这样就可以延长酚醛树脂在胶槽中的贮存时间。实际使用时,先把催化剂加入到胶槽内,而后在拉挤模的高温条件下经过水解或其他反应分解,产生出反应所需的自由酸。
由于酸催化酚醛树脂,对拉挤模和贮槽都会产生一定的腐蚀作用,从而影响到模具和贮槽的使用寿命。为此,能否使用碱性催化剂,也已引起业界广泛的注意。由于苛性钠等强碱的溶解性很强,因而不能适应于酚醛的拉挤工艺。经过试验,一些室温下不溶的,或者难溶的,但在拉挤模腔高温条件下,溶解度和活性都变得很强的弱碱,是非常适合用作为酚醛拉挤工艺的催化剂。
目前,欧美一些国家已经将酚醛树脂,成功地应用于拉挤成型工艺,并形成了一定的工业化生产规模。澳大利亚、日本和一些其他国家,也已开始进入酚醛拉挤工艺的工业化试验阶段。这些国家在工业生产时,不管是采用高温酚醛成型,还是采用酸催化酚醛成型,一般都使用拉挤脱模剂,这样可有效地减少酸性对拉挤模具的侵蚀作用。
另外,有些生产厂商还经常对 316#不锈钢模具的内表面,进行必要的硬度处理,以达到具有高光洁表面和耐磨损性的要求。在欧洲,大多采用酸催化酚醛拉挤工艺,也有一些采用高温固化的酚醛拉挤工艺。而美国大多采用高温固化酚醛拉挤成型工艺,其所用的树脂,有长链型的酚醛树脂和改性的酚醛树脂等两个品种。
通常,酚醛树脂的拉挤速度,要比不饱和聚酯树脂的拉挤速度慢一些。若进行一些化学改性后,加热固化型酚醛树脂的拉挤速度,可达到与聚酯树脂相同的水平。由此可见,酚醛拉挤成型模的长度,要比其他树脂,如聚酯、乙烯基酯、环氧、丙烯酸-氨酯系统等的成型模长出许多。
这无疑将增加一些生产投资成本,但当达到一定生产批量时,增加拉挤模的长度是合适的。因为若采用较短的成型模,由于拉挤速度较慢,将降低拉挤工艺的生产效率。
目前,世界各国用于拉挤工艺的酚醛树脂用量,很难精确地统计出来。但据最近有一家厂商承接一个14万平方米酚醛拉挤耐腐格栅的订货单,这数字完全可以充分说明,酚醛拉挤玻璃钢制品的前景是非常广阔的。
四、酚醛拉挤玻璃钢制品性能测试
据有关报道,酚醛拉挤玻璃钢制品的各项性能,有的已接近、达到,或超过不饱和聚酯树脂拉挤制品的各项性能指标。现将有关性能指标分列如下:
1、酸催化酚醛拉挤玻璃钢制品的各项物理性能
在采用无捻粗纱作为增强材料时,酚醛拉挤玻璃钢的抗弯强度为675MPa,抗弯模量为20GPa。若采用多向增强材料,则其抗弯强度为259MPa,抗弯模量为9.57GPa;抗拉强度为329MPa,抗拉模量为18.75GPa;断裂延伸率约为1.84%。
2、加热高温固化酚醛拉挤玻璃钢制品的各项物理性能
酚醛拉挤玻璃钢制品的玻纤含量约为76~77%,比不饱和聚酯树脂拉挤制品的73~74%,高出约3%其抗压强度为641MPa,远高于不饱和聚酯拉挤制品的517MPa;层间剪切强度为39MPa,略低于聚酯拉挤制品的41.4MPa;短臂剪切强度为45.5MPa;抗弯强度(16∶1)为1.12GPa,略高于聚酯拉挤制品的1.06GPa;抗弯模量(16∶1)约为45GPa;抗弯强度(32∶1)为1.21GPa,高于聚酯拉挤制品的1.15GPa;抗弯模量(32∶1)为48GPa。
经过实际证明,酚醛拉挤玻璃钢的机械性能,主要取决于玻璃纤维增强材料与树脂的匹配情况。据最新报道,一些玻璃纤维生产厂商,已成功地解决了这方面的生产技术问题,使酚醛复合材料的性能变得更为优异。但必须注意的是,一种玻璃纤维,不一定能同时适用于上述两种酚醛树脂体系。有些适用于高温型酚醛树脂的玻纤偶联剂,却能被酸催化剂破坏,而丧失其玻纤的表面处理作用。
酚醛拉挤玻璃钢制品的另一个显著的性能,是它具有非常高的热变形温度,通常约在250-300℃的温度范围内。这一突出的优异性能,使酚醛拉挤制品在格栅楼板方面,开拓了广阔的应用前景。
有人认为,酚醛拉挤成型工艺,虽然已经付诸实践,但尚未形成一种独立的技术体系,因为掺入各种不同的催化剂,不同的阻燃剂,以及采用不同的化学改性方法,这些变化的因素,都将导致拉挤条件乃至玻璃钢制品的性能发生各种不同的变化。
五、酚醛拉挤玻璃钢制品性能符合有关的国际标准
经过近十多年来,对酚醛拉挤工艺及其制品的研究开发,除了开拓出不少酚醛玻璃钢的应用领域,而且对酚醛制品的耐燃性和耐温性等方面,也取得了比较一致的认识。
实践证明,酚醛拉挤玻璃钢制品,只要其树脂配 方合理,完全可以满足有关的国际标准要求,例如英国标准 BS476第六条、第七条中,关于建筑规范的要求,并可达到其规定的0级水平;ASTM 84风洞试验的1级标准要求;法国标准M1和F1的标准要求;德国标准DIN131的标准要求,以及英国标准BS6853第一类中,关于烟雾临界温度的要求等等。
但是对于其他品种的树脂,若不进行必要的化学改性时,是很难能够同时满足上述各项标准的。