论文部分内容阅读
中图分类号 TK229
文献标识码 A
文章编号 （2014）13-0128-01
玻璃钢的耐老化性能是一种重要性能。与一般塑料不同，玻璃钢的老化是由于聚合物基体材料、增强材料以及树脂—纤维粘结界面产生不同程度的破坏而引起的。
玻璃钢的耐候性是最主要的老化性能之一。就玻璃钢在大气环境条件下的性能变化来说，它的特点是力学性能变化缓慢且保留率较高，特别是弹性模量比强度保留率更高。而相比之下，外观变化较显著。
在大气曝露条件下，由于风沙雨雪等机械性损伤和太阳光辐射引起的光—氧老化作用，玻璃钢表层发生明显变化。特别是未加保护层的玻璃钢，大气曝露一年后，就会发生光泽减退、颜色改变等现象，但这种变化仅局限于表层，实验表明，大气曝露10年，曝露面树脂层老化深度仅为100um。
一、玻璃钢的老化机理
玻璃钢的老化，基本上是树脂的老化。不饱和聚酯树酯固化后，在长期使用中会发生老化现象，颜色变黄，发脆以致龟裂，表面失去光泽，强度下降，其他物理、化学性能也随之下降。
影响树脂老化的因素很多，与制品的使用条件如温度、受力情况等直接相关。以下着重分析紫外光的作用、空气中氧和臭氧的作用两个方面的因素，并提出防老化的措施。
（一）紫外光的作用
不饱和聚酯树脂固化后，在长期曝晒下会老化。光老化的原因来自两方面：一方面，光的能量使树脂的共价键发生断裂；另一方面树脂本身的不纯性，造成了受破坏的突破口。结果使树脂加速降解。
通过大气层以后的太阳光有不同的波长。不同波长的光有不同的能量。树脂中各种共价键有不同的键能，当一定波长的光，其能量超过某种共价键的键能时，就会使之断裂。紫外光波长3，000—4，000A°，如被树脂充分吸收后，能量可达71.5—95.3kcal/mol。有些共价键的断裂需能量40—100kcal/mol，其相应波长为7，100—2，900A。可见紫外光足可打断这些共价键。这部分光的能量占整个太阳光能量的12%左右。它首先危害树脂中的O—O键、C—Br键、C—C1键、C—O键。因此含卤素的阻燃树脂易变黄。树脂中的酯键成为受攻击薄弱点。致于C—C键，能打断它的光能只占5%，对于C—H、O—H、C = C、C = O键，其键能大于98kcal/mol，故不会遭到破坏。
（二）空气中氧和臭氧的作用
氧化和臭氧使树脂发生氧化降解、变色、表面龟裂以致剥落，电性能下降。在热与光的联合作用下老化加速。在室温及避光时，老化进展缓慢。
二、玻璃钢钢老化的主要特征
玻璃钢的老化性能，即长期性能，如耐腐蚀性能，就是在化学介质中工作时的长期性能，这种称为“介质老化”，在大气中的性能衰退叫“大气老化”。 自1970年起，在广州、哈尔滨10年玻璃钢的老试验就说明了老化的存在，总结老化试验数据，可以 得出如下结论：
（一）弯曲强度，压缩强度，冲击韧性等性能变化不明显，强度保留率高，拉伸强度次之；弹性模量的降低尤为缓慢。
（二）气候条件对玻璃钢力学性能影响很大，高温、高湿、太阳光强辐射会加速玻璃钢的老化，同样的玻璃鋼在不同地区使用，其寿命是不一样的，北方地区老化速度较南方要慢。
（三）与基体材料 、增强材料、成型工艺有关，其中作为基体材料树脂起关键作用。
（四）增强材料对老化性能也有很大影响，无碱纤维比中碱的要好；高碱纤维最次。纤维的浸润剂在其中影响很大。尤其是在湿热条件下使用最为明显，差的纤维与树脂亲和差，对于湿热条件下使用比较容易浸入水分，加速老化。
（五）外观变化最显著，大气曝晒后，光泽减退，颜色改变，个别的会发白，出现纤维裸露现象，但防护好的或选用适当材料的确能使用相当长的时间，而变化甚微。
三、玻璃钢常用的防老化措施
对于玻璃钢的耐候性问题，国内外同行都在做深入细致的研究，在查清老化机理的前提下，探索了很多抗老化的办法，其主要办法如下。
（一）注意选择树脂、增强材料，把好选材设计关。
（二）在树脂中加入紫外光吸收剂，也称光稳定剂。
（三）在玻璃钢外表面涂刷胶衣树脂、油漆、涂料，是保护玻璃钢的方便而常用的方法，可有效控制其老化速度，大大提高其耐候性。
（四）表面覆以织物，如施以1—2层有机纤维织物或玻璃纤维薄毡，树脂量要饱和，也可增强其耐候性。
四、玻璃钢管、罐老化的防治
从前面的分析和总结可以看出，影响玻璃钢耐老化性能的自然因素很复杂，但归纳起来有三种：物理因素，包括热、光、电、高能辐射、机械应力等；化学作用，包括空气、水、酸、碱、盐雾等；生物因素包括微生物，昆虫等。
研究证明：在一般情况下，其中对玻璃钢老化起主要作用的因素是阳光、空气（主要是氧）、湿（包括水）、热四种。
玻璃钢的老化主要表现在表面层的老化，因此可以对玻璃钢施加表面涂层，如刷油漆，加胶衣树脂，使用表面毡等措施，改善玻璃钢的老化性能。用毡制成的聚酯玻璃钢有胶衣和无胶衣两种情况下的自然老化情况，可以看出，加胶衣的玻璃钢经五年大气老化，光泽基本没有消失，不加胶衣的玻璃钢，经五年大气老化后光泽降低到20%左右。
由此看来，玻璃钢管、罐的自然老化除与自然因素有关外，还与树脂与玻璃纤维有关，特别是树脂已是影响老化最大的因素，因而治理大气老化问题，主要从树脂着手。
五、玻璃钢的使用寿命探讨
玻璃钢的耐老化及耐风化性能总体来讲是好的，其耐腐蚀不生锈，低温不脆，轻质高强等诸多性能还是非常优异的，经过多年的使用实践证明，自然老化并未影响到玻璃钢的使用，况且可以采取一些有效措施来防止和延缓老化。
应用实践证明：在常态下使用的玻璃钢机械强度经过8—10年仍保持70—80%，电性能没有明显变化，美国有的雷达罩使用10年后，尽管外观变化大，如树脂脱落（无保护层），光泽变差，表面受到污染等，但介质损失角正切仍无变化；上海的工作艇下海10年，拉伸强度仍保留80%，弯曲强度60%以上，冲击强度变化不大。
十几年来，材料工业发生了很大变化，无碱纤维的使用已非常普遍，树脂的各性能有了更大的改善，其玻璃钢产品预计会有更长的使用寿命。
玻璃钢的耐候性，可以基本表现其老化性能，玻璃钢的耐老化性能直接涉及到玻璃钢制品的使用寿命。那么玻璃钢究竟能使用多少年，研究表明，只要采用正确的树脂体系，对制品表面采取合理的防护措施，保证玻璃纤维与树脂浸润良好，工艺合理，就可以使聚酯玻璃钢制品在室外条件下的使用寿命超过20年以上。
文献标识码 A
文章编号 （2014）13-0128-01
玻璃钢的耐老化性能是一种重要性能。与一般塑料不同，玻璃钢的老化是由于聚合物基体材料、增强材料以及树脂—纤维粘结界面产生不同程度的破坏而引起的。
玻璃钢的耐候性是最主要的老化性能之一。就玻璃钢在大气环境条件下的性能变化来说，它的特点是力学性能变化缓慢且保留率较高，特别是弹性模量比强度保留率更高。而相比之下，外观变化较显著。
在大气曝露条件下，由于风沙雨雪等机械性损伤和太阳光辐射引起的光—氧老化作用，玻璃钢表层发生明显变化。特别是未加保护层的玻璃钢，大气曝露一年后，就会发生光泽减退、颜色改变等现象，但这种变化仅局限于表层，实验表明，大气曝露10年，曝露面树脂层老化深度仅为100um。
一、玻璃钢的老化机理
玻璃钢的老化，基本上是树脂的老化。不饱和聚酯树酯固化后，在长期使用中会发生老化现象，颜色变黄，发脆以致龟裂，表面失去光泽，强度下降，其他物理、化学性能也随之下降。
影响树脂老化的因素很多，与制品的使用条件如温度、受力情况等直接相关。以下着重分析紫外光的作用、空气中氧和臭氧的作用两个方面的因素，并提出防老化的措施。
（一）紫外光的作用
不饱和聚酯树脂固化后，在长期曝晒下会老化。光老化的原因来自两方面：一方面，光的能量使树脂的共价键发生断裂；另一方面树脂本身的不纯性，造成了受破坏的突破口。结果使树脂加速降解。
通过大气层以后的太阳光有不同的波长。不同波长的光有不同的能量。树脂中各种共价键有不同的键能，当一定波长的光，其能量超过某种共价键的键能时，就会使之断裂。紫外光波长3，000—4，000A°，如被树脂充分吸收后，能量可达71.5—95.3kcal/mol。有些共价键的断裂需能量40—100kcal/mol，其相应波长为7，100—2，900A。可见紫外光足可打断这些共价键。这部分光的能量占整个太阳光能量的12%左右。它首先危害树脂中的O—O键、C—Br键、C—C1键、C—O键。因此含卤素的阻燃树脂易变黄。树脂中的酯键成为受攻击薄弱点。致于C—C键，能打断它的光能只占5%，对于C—H、O—H、C = C、C = O键，其键能大于98kcal/mol，故不会遭到破坏。
（二）空气中氧和臭氧的作用
氧化和臭氧使树脂发生氧化降解、变色、表面龟裂以致剥落，电性能下降。在热与光的联合作用下老化加速。在室温及避光时，老化进展缓慢。
二、玻璃钢钢老化的主要特征
玻璃钢的老化性能，即长期性能，如耐腐蚀性能，就是在化学介质中工作时的长期性能，这种称为“介质老化”，在大气中的性能衰退叫“大气老化”。 自1970年起，在广州、哈尔滨10年玻璃钢的老试验就说明了老化的存在，总结老化试验数据，可以 得出如下结论：
（一）弯曲强度，压缩强度，冲击韧性等性能变化不明显，强度保留率高，拉伸强度次之；弹性模量的降低尤为缓慢。
（二）气候条件对玻璃钢力学性能影响很大，高温、高湿、太阳光强辐射会加速玻璃钢的老化，同样的玻璃鋼在不同地区使用，其寿命是不一样的，北方地区老化速度较南方要慢。
（三）与基体材料 、增强材料、成型工艺有关，其中作为基体材料树脂起关键作用。
（四）增强材料对老化性能也有很大影响，无碱纤维比中碱的要好；高碱纤维最次。纤维的浸润剂在其中影响很大。尤其是在湿热条件下使用最为明显，差的纤维与树脂亲和差，对于湿热条件下使用比较容易浸入水分，加速老化。
（五）外观变化最显著，大气曝晒后，光泽减退，颜色改变，个别的会发白，出现纤维裸露现象，但防护好的或选用适当材料的确能使用相当长的时间，而变化甚微。
三、玻璃钢常用的防老化措施
对于玻璃钢的耐候性问题，国内外同行都在做深入细致的研究，在查清老化机理的前提下，探索了很多抗老化的办法，其主要办法如下。
（一）注意选择树脂、增强材料，把好选材设计关。
（二）在树脂中加入紫外光吸收剂，也称光稳定剂。
（三）在玻璃钢外表面涂刷胶衣树脂、油漆、涂料，是保护玻璃钢的方便而常用的方法，可有效控制其老化速度，大大提高其耐候性。
（四）表面覆以织物，如施以1—2层有机纤维织物或玻璃纤维薄毡，树脂量要饱和，也可增强其耐候性。
四、玻璃钢管、罐老化的防治
从前面的分析和总结可以看出，影响玻璃钢耐老化性能的自然因素很复杂，但归纳起来有三种：物理因素，包括热、光、电、高能辐射、机械应力等；化学作用，包括空气、水、酸、碱、盐雾等；生物因素包括微生物，昆虫等。
研究证明：在一般情况下，其中对玻璃钢老化起主要作用的因素是阳光、空气（主要是氧）、湿（包括水）、热四种。
玻璃钢的老化主要表现在表面层的老化，因此可以对玻璃钢施加表面涂层，如刷油漆，加胶衣树脂，使用表面毡等措施，改善玻璃钢的老化性能。用毡制成的聚酯玻璃钢有胶衣和无胶衣两种情况下的自然老化情况，可以看出，加胶衣的玻璃钢经五年大气老化，光泽基本没有消失，不加胶衣的玻璃钢，经五年大气老化后光泽降低到20%左右。
由此看来，玻璃钢管、罐的自然老化除与自然因素有关外，还与树脂与玻璃纤维有关，特别是树脂已是影响老化最大的因素，因而治理大气老化问题，主要从树脂着手。
五、玻璃钢的使用寿命探讨
玻璃钢的耐老化及耐风化性能总体来讲是好的，其耐腐蚀不生锈，低温不脆，轻质高强等诸多性能还是非常优异的，经过多年的使用实践证明，自然老化并未影响到玻璃钢的使用，况且可以采取一些有效措施来防止和延缓老化。
应用实践证明：在常态下使用的玻璃钢机械强度经过8—10年仍保持70—80%，电性能没有明显变化，美国有的雷达罩使用10年后，尽管外观变化大，如树脂脱落（无保护层），光泽变差，表面受到污染等，但介质损失角正切仍无变化；上海的工作艇下海10年，拉伸强度仍保留80%，弯曲强度60%以上，冲击强度变化不大。
十几年来，材料工业发生了很大变化，无碱纤维的使用已非常普遍，树脂的各性能有了更大的改善，其玻璃钢产品预计会有更长的使用寿命。
玻璃钢的耐候性，可以基本表现其老化性能，玻璃钢的耐老化性能直接涉及到玻璃钢制品的使用寿命。那么玻璃钢究竟能使用多少年，研究表明，只要采用正确的树脂体系，对制品表面采取合理的防护措施，保证玻璃纤维与树脂浸润良好，工艺合理，就可以使聚酯玻璃钢制品在室外条件下的使用寿命超过20年以上。