拉挤树脂:聚焦不饱和聚酯

拉挤树脂:聚焦不饱和聚酯

纤维增强塑料 (FRP) 包括聚合物基体材料和增强材料,如玻璃、碳和芳纶纤维。

FRP 产品可通过拉挤成型成型,拉挤成型是一种从增强纤维穿过导向装置开始的连续工艺。导向器有助于将纤维组织成最终产品的形状。然后用基质材料(或树脂)浸渍纤维,将其拉过模具进行成型和固化,然后切割成所需的长度。最终产品的特性将根据所选树脂的不同而有所不同。

树脂作为粘合剂将增强纤维固定在一起,并允许生产各种形状和尺寸的 FRP。FRP 基体材料分为热塑性塑料或热固性塑料。热固性塑料被固化,导致交联的聚合物链产生刚性产品。热固性产品的优势在于,与热塑性塑料不同,它们在加热时不会失去结构刚度或完整性。FRP 拉挤成型中使用的典型热固性树脂包括环氧树脂、乙烯基酯、酚醛树脂、聚氨酯和不饱和聚酯。

哪种不饱和聚酯是正确的?

为您的拉挤项目选择合适的 UP 将取决于许多因素。需要考虑的一些事项包括工作温度、耐腐蚀性、可用性和成本。FRP 拉挤成型中使用的两种最常见的不饱和聚酯基于间苯二甲酸或邻苯二甲酸。间苯二甲酸用于美国制造的大多数拉挤成型产品中,因为邻苯二甲酸可以在其他地方制造的拉挤成型产品中找到。

与其他 FRP 树脂相比,基于邻苯二甲酸(也称为邻苯二甲酸、O 型或通用型)的 UP 具有中等程度的耐腐蚀性。O 型树脂的最高工作温度为 212°F(或 100°C)。这部分是由于空间位阻邻苯二甲酸比其他异构体更亲水,并且在固化时形成密度较低的网络,从而导致对水解降解的敏感性增加。

基于间苯二甲酸的 UP(也称为 Iso 或 I 型)具有非常好的耐腐蚀性和 221°F(或 105°C)的最高工作温度。I 型 UP 改进的耐腐蚀性和工作温度归因于由间苯二甲酸形成的更线性、更高分子量的聚合物。I 型不饱和聚酯改进的耐腐蚀性使其成为管道、汽油和化学品储罐等耐腐蚀结构中最常用的树脂类别。Amoco 报告说,由 I 型 UP 基 FRP 制成的燃料储罐没有显示内部即使在使用 25 年后仍会腐蚀。

正如预期的那样,UP 树脂的成本与其性能直接相关。O 型聚酯每磅的价格比 I 型低 25%。成本差异可能很大,尤其是对于大型项目。这说明了了解使用拉挤零件的操作环境的重要性。尽管 I 型聚酯增强的耐腐蚀性和更高的工作温度可能很有吸引力,但这些特性对于某些应用来说可能是不必要的。

您应该选择哪种加固?

由于它们本身缺乏许多应用所需的机械性能,因此 UP 与增强纤维结合形成 FRP。纤维增强提供了增加的强度、刚度和抗载荷性。与未增强树脂相比,增强 UP 还表现出更高的耐化学性和耐环境性。

拉挤 FRP 中使用的两种最常见的增强材料是碳纤维和玻璃纤维。碳纤维比玻璃纤维具有更高的抗拉强度,同时也表现出更好的抗疲劳和耐腐蚀性能。这些改进与脆性和降低的冲击强度以及高导电性和导热性相平衡。碳纤维的生产成本也很高。制造过程涉及多个热处理和后处理步骤,包括在高达 3,000°C(或 5,432°F)的温度下进行碳化和石墨化。碳纤维聚酯占市场份额相对较小。然而,随着技术的进步降低了这些材料的成本,碳纤维的市场份额正在迅速增长。

玻璃纤维是拉挤工艺中使用的最古老的增强材料。玻璃纤维以相对较低的成本广泛使用,并提供拉伸和弯曲强度、耐热性和耐腐蚀性的良好平衡。与其他增强材料相比,玻璃纤维还具有优异的电气性能。通过用硅烷处理玻璃纤维以增加它们与 UP 基质的相互作用,可以进一步提高包括模量、拉伸强度、弯曲强度和冲击强度在内的物理性能。硅烷表面处理剂的实例包括氨基硅烷、缩水甘油氧基硅烷(其包括环氧官能团)、乙烯基硅烷和甲基丙烯酸硅烷。

拉挤成型应用中使用的另一种增强纤维是芳族聚酰胺或芳香族聚酰胺。芳纶纤维的一个常见示例是 Kevlar®。芳纶纤维增强的不饱和聚酯基玻璃钢具有较低的密度和良好的耐火性。然而,芳族聚酰胺纤维具有较低的压力敏感性,并且比玻璃或碳纤维更容易受到环境退化的影响。

FRP 中的不饱和聚酯

不饱和聚酯树脂 (UP) 在拉挤工艺中用于制造实心棒、管、板、槽和梁等产品。这些产品通常作为承重预制构件用于电气、建筑、交通和风能行业。它们也可用作热和绝缘元件。

UP 是由羧酸(或酸酐等酸衍生物)与羟基官能化合物反应形成的。至少一种单体必须包括双键或不饱和度。这是 FRP 拉挤工艺中使用的典型 UP 的一个示例:

拉挤树脂:聚焦不饱和聚酯

所得聚酯与反应性单体(如苯乙烯或 α-甲基苯乙烯)结合。该单体具有降低聚酯树脂粘度以在拉挤期间更容易浸渍增强纤维的作用。在固化过程中,单体还会与 UP 发生反应,生成刚性交联聚合物链。这是苯乙烯交联的不饱和聚酯的一个例子:

拉挤树脂:聚焦不饱和聚酯

这些示例中的 UP 由间苯二甲酸和乙二醇形成,马来酸酐为聚酯主链提供不饱和基团。

其他典型的单体包括邻苯二甲酸(或邻苯二甲酸)或酸酐、对苯二甲酸和己二酸作为二羧酸或酸酐;二甘醇、三甘醇和丙二醇作为羟基官能化合物;和马来酸或富马酸作为不饱和单体。其他常用的交联单体包括甲基丙烯酸甲酯、对甲基苯乙烯和邻苯二甲酸二烯丙酯。这些可以相互结合使用以优化最终产品的特性。

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