摘 要：将玻璃钢边角废料加工成60μm以下的粉末(FRP)，作为低收缩添加剂加到不饱和聚酯(UPR)中，对FRP粉末填充的UPR的体积收缩率和其浇铸体的轴向拉抻性能进行了实验研究。结果表明，加入FRP粉末后的UPR的体积收缩率降低；其浇铸体的拉伸弹性模量升高，拉伸强度变化不大。可将玻璃钢边角费料制成粉末加到UPR中。以回收利用。

    不饱和聚酯树脂(UPR)是一种性能优良的热固性树脂。它具有良好的机械性能、电学性能及粘接性能，在机械、电气电子、航空航天等领域有着广泛应用。但通用型UPR固化后有很大的收缩，众所周知，未改性的UPR的体积收缩率一般为6%~10%，这直接影响到制品的尺寸稳定性、光洁度等性能。因此，降低UPR的收缩率一直是玻璃钢复合材料研究的一个重点。
    在玻璃钢复合材料生产中，总要产生3%左右的边角废料。一个年产5000t的中型玻璃钢企业，每年要产生边角废料150t，大多数企业都将这些边角废料运到野外焚烧。这样不仅浪费了资源，也污染了环境。有关玻璃钢废弃物的回收处理技术也有报导。本文将玻璃钢边角废料加工成60μm以下的粉末(FRP)，作为低收缩添加剂到UPR中，对加入FRP粉末的UPR的体积收缩率和其浇铸体的轴向拉伸性能作了研究，并取得了良好的效果。
1  实验部分
1.1  实验原料与仪器
    UPR：196#、191#，天津合成材料；189#，江苏富丽公司；引发剂：过氧化甲乙酮(活性氧含量>9.0%)，北京251厂；促进剂：异辛酸钴(钴离子含量>0.6%)，上海三化精细化工厂；60μm以下的玻璃钢粉末(FRP)：自制。
    Instron4505型万能试验机：英国英斯特朗公司；XL-20型扫描电子显微微镜：荷兰飞利浦公司；BME型剪切乳化机：上海威宇机电公司。
1.2  FRP粉末改性UPR的制备
    FRP粉末加入量将直接影响成型工艺和终产品的性能，本实验根据选用UPR的粘度及加入FRP粉末后改性UPR的粘度变化，确定了适合成型操作的粘度范围，根据这个范围确定FRP粉末的加入量在20%(质量分数)以下。
    按照设计量将FRP粉末加入到UPR中，先用搅拌棒搅拌，再用剪切乳化机分散制成均匀的改性UPR。
1.3  浇铸体制备
    配方：UPR或改性UPR100g，引发剂2.2mL，促进剂1.0mL，消泡剂几滴。按配方将各种组分混合搅拌均匀，脱泡20min，浇入模具内，室温固化1周，脱模加工成试样。
1.4  吸收率测试
    体积收缩率：按配方在经过标定的定量容器中加入计量的UPR或改性UPR、引发剂和促进剂，搅拌均匀，测得UPR或改性UPR胶液固化前的体积V1，用排水法测得胶液固化后的体积V2，则该UPR或改性UPR的体积收缩率为(V1-V2)/V1*100%。浇铸体的拉伸性能按GB/T2568-1995测试。
2  结果与讨论
    FRP粉末用量对UPR浇铸体的轴向拉伸性能和体积收缩率的影响见表1。[-page-] 
    
    由表1可知，随着FRP粉末用量的增加，各种UPR浇铸体的拉伸强度变化不大；拉伸弹性模量逐渐升高，在实验范围内，196#升高了20%，189#升高了16%，191#升高了24%；随着FRP粉末的加入各种UPR的体积收缩率逐渐降低，在实验范围内，196#降低了28%，189#降低了35%，191#降低了23%。其原因分析如下：
    1)FRP粉末仍是玻璃钢，由固化的UPR和玻璃纤维组成，其表面面具有许多活性基团(如―OH、COOH、OH、―COO等)，这些活性基团可与UPR中的活性基团(―OH、―COOH等)以氢键形式结合，产生较强的界面结合。[-page-] 
    2)FRP粉末中具有大量的玻璃纤维，玻璃纤维的弹性模量大于基体树脂的弹性模量。据文献，当裂纹遇到这种增强行维时可以会出现以下情况：裂纹跨过纤维在另一侧或其它薄弱环节出现新的裂纹，此时使玻璃纤维达到屈服极限也不会断裂，而是被继续拉长，玻璃纤维起到了桥边的作用，承受了周围基体因破裂而转移的全部载荷；裂纹偏转，转向平行于玻璃纤维的方向，并绕过玻璃纤维端部扩展；裂纹终止扩展。无论哪种裂纹扩展形式，玻璃纤维均起到了增强的作用；因此加入FRP粉末后危险处产生裂纹的概率会降低，断裂表面能会升高。UPR浇铸体的弹性模量是FRP粉末颗粒和UPR基体的平均表现，属于结构不敏感特性，是由整体量决定的；所以拉伸弹性模量会增加。UPR浇铸体的拉伸强度属结构敏感特性，是由局间量决定的，随着FRP粉末的加入，造成了变形的区域化，区域化程度的差别及UPR基体与FRP粉末间界面状况的不同会产生增强与降强的相反效果，因而造成拉伸强度变化不大(参见图1)。
    
    由图1c可看出，固化后的FRP/UPR混合物是多相体系，有分相结构，且FRP粒子像被UPR包裹的空心皮球。正是这种结构使得被FRP粉末改性的UPR体积收缩率降低。改性UPR的低收缩过程如图2所示。[-page-] 
    
    发生交联的UPR可认为是许多单元集结的成核过程。当交联反应开始时，每个单元的UPR向其中心收缩。假设每个单元的收缩力一样，那么各个单元将由于边界上的拉应力而不能移动。不加FRP粉末时，只有不受约束的表面单元能够收缩，从而松驰其应力。当表面单元处于无应力状态时，先是聚合物表面向里移动，然后表面下的单元松驰其应力。检验过程从表面至聚合物产生收缩现象。UPR的逐步收缩特征可用松驰时间T来表示，加入FRP粉末后，拉应力将导致在UPR和FRP界面产生空穴，从而消除应力。由于UPR的收缩是逐步进行的，而产生穴使单元松驰其应力的时间远远短于T、因此随着FRP粉末的加入，空穴抵消了UPR因固化交联引起的收缩。此外对UPR的收缩控制作用还与FRP粉末受热膨胀有关，与FRP粉末加入量有关。交联固化时放出热量，温度升高，FRP粉末产生膨胀，阻碍了UPR交联网络的收缩；FRP粉末加入量越大，UPR的交联网络越疏松，FRP粉末控制UPR交联收缩的效果越好。
3  结 论
    1)在UPR中加入FRP粉末后，降低于UPR的体积收缩率。
    2)加入FRP粉末后，UPR浇铸体的拉伸弹性模具明显提高，拉伸强度变化不大，表明FRP粉末的加入对UPR粉末后增加了UPR的粘度，因此在工艺性能问题方面仍值得深入研究。
    3)回收了玻璃钢生产中的边角废料，节约了能源，减少了由于焚烧造成的环境污染。