耐侯性多孔板材料改性研究

摘要

多孔板是一种应用空气动力学原理制成的具有一定开孔率和特殊几何形状的板，主要应用于散货堆场特别是煤堆场的挡风抑尘。多孔板可以用金属材料或玻璃钢材料制成。金属材料成本高且耐腐蚀性差。普通玻璃钢材料耐老化性能差，规模化生产条件差。本论文从材料改性入手，选择不饱和聚酯树脂作为基材，采用纳米TiO2、短切玻璃纤维、阻燃剂、抗老化剂等改性措施提高其强度和耐候性。
　　 通过材料选择、工艺条件研究、性能测试研究，本论文得出以下主要结论：
　　 (1)根据凝胶时间的测定结果分析，采用过氧化甲乙酮作为固化剂，异辛酸钴作为促进剂，在不饱和聚酯树脂的固化体系中含量分别为1％和0.2％。
　　 (2)通过对纳米TiO2/UPR(Unsaturated Polyester Resin)复合体系的动态DSC曲线的研究，提出了适用于此体系的变温分阶段固化处理新工艺：室温/2h+45℃/2h+95℃/3h。根据固化剂过氧化甲乙酮的临界温度为80℃的条件，提出适合短切玻纤/UPR复合体系的固化工艺：室温/2h+80℃/5h。树脂中同时加入了纳米TiO2和短切玻璃纤维，提出适合纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合体系的固化工艺：室温/2h+45℃/2h+80℃/3h+95℃/2h。
　　 (3)采用钛酸酯偶联剂NXT-102对纳米TiO2进行了表面改性，通过测试冲击强度、弯曲强度和热变形温度，研究了未经过表面改性和经过表面改性的纳米TiO2以不同比例加入到不饱和聚酯树脂中后形成的复合体系的性能。结果表明：当NXT-102的质量分数为3％时，改性效果最好，当不饱和聚酯树脂中加入改性的TiO2后，所形成的复合材料性能有明显提高，当加入量为4％时，冲击强度可达16.284kJ/m2，弯曲强度63.298MPa，热变形温度70.8℃，分别比纯不饱和聚酯树脂提高了890.5％、74.8％、24.7％。
　　 (4)以短切玻璃纤维为增强材料制备了短切玻纤/UPR复合材料。测试了该复合材料的冲击强度、弯曲强度和热变形温度，利用扫描电镜初步分析了复合材料的增强机理，结果表明：当短切玻纤的长度为15mm，含量为30％时，复合材料的力学性能达到最好，冲击强度和弯曲强度分别为39.644kJ/m2和75.245MPa。与纯UPR相比冲击强度增大了23倍，弯曲强度提高了107.8％。当玻纤长度为15mm，玻纤含量为40％时复合材料的热变形温度达到最大为109℃，比纯UPR提高了52.2℃。
　　 (5)经纳米TiO2和短切玻纤混杂增强后，纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料的冲击强度、弯曲强度和热变形温度都有明显的提高，当加入4％经3％NXT-102偶联剂表面处理纳米TiO2和30％的15mm的短切玻纤后，复合材料的综合性能达到最好，冲击强度为46.124kJ/m2，弯曲强度90.14MPa，热变形温度118.6℃。
　　 (6)纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料对极性有机溶剂和碱性溶液的耐蚀性差，对水和酸性介质的耐蚀性较好，而在盐溶液中表现得比较稳定。
　　 (7)单独在不饱和聚酯树脂中加入阻燃剂DMMP或Mel，阻燃剂含量低时，氧指数较小，难以满足树脂的阻燃要求；同时添加两种阻燃剂，Mel添加量大，树脂流动性差，产品性能降低；DMMP添加量大，产品成本增加。综合考虑，在三元复合体系中DMMP用量6％，Mel用量20％，此时的氧指数为29.4％并且弯曲强度没有明显下降。
　　 (8)添加0.1％1076和0.4％DLTP的UPR在100℃下经过90天热氧老化后，弯曲强度保留率可达87.4％，可有效的提高材料的耐热氧老化性能。经过60天的紫外老化试验，通过测试冲击强度，添加0.1％的紫外线吸收剂UV-P的UPR冲击强度保留率可达93.04％，表明紫外线吸收剂UV-P能有效的提高材料的耐紫外光老化性能。