徐開勝，高淑娟

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

0 引言

我國(guó)大力推進(jìn)綠色能源發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)力發(fā)電在全國(guó)各地得到長(zhǎng)足發(fā)展，已成為我國(guó)新能源開發(fā)不可替代的產(chǎn)業(yè)。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件均是由玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的熱固性復(fù)合材料制備而成。熱固性復(fù)合材料的不可降解性，致使未來退役的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。我國(guó)每年廢棄的玻璃鋼約有15 萬(wàn)t 左右，并且呈逐年遞增趨勢(shì)，廢棄玻璃鋼的資源化利用刻不容緩[1]。 國(guó)外對(duì)廢棄玻璃鋼的處理方式主要是熱分解[2]，國(guó)內(nèi)有人利用廢棄玻璃鋼粉末作為SMC 填料來替代碳酸鈣，具有一定的效果[3-5]。

將廢棄玻璃鋼破碎形成的粉粒作為增強(qiáng)材料，以樹脂為膠黏劑，制備成具有裝飾效果的建筑板材。 該產(chǎn)品具有美觀、高強(qiáng)度、環(huán)保的特性。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 不飽和樹脂

試驗(yàn)所用膠黏劑為196 通用不飽和樹脂，由二元酸（酐）和二元醇經(jīng)酯化反應(yīng)而得，透明黏稠液體，產(chǎn)自常州天馬集團(tuán)。

1.2 廢玻璃鋼粉粒

經(jīng)破碎的廢棄玻璃鋼形成的粉粒，200 目，來自常州塑化城。

1.3 其他助劑

過氧化甲乙酮，作為引發(fā)劑，相對(duì)分子質(zhì)量為88.12，白色粉末，溶于苯、醇、醚和酯等有機(jī)溶劑。

環(huán)烷酸鈷，作為促進(jìn)劑，分子量為313.25 ，熔點(diǎn)為140 ℃ ，溶于有機(jī)溶劑如乙醇、乙醚、苯、甲苯等，外觀呈棕褐色無(wú)定形粉末。

聚酯薄膜，作為脫模紙，表面光潔。

1.4 試驗(yàn)方法

將廢棄玻璃鋼粉末與樹脂通過機(jī)械攪拌混合均勻，按配方加入促進(jìn)劑和引發(fā)劑，攪拌均勻，注入模具，壓力成型，常溫固化24 h 后測(cè)試性能。 通過兩個(gè)階段研究板材的性能。 首先，研究了樹脂用量與廢棄玻璃鋼粉粒質(zhì)量之比為0.9∶1 時(shí)， 不同引發(fā)劑和促進(jìn)劑摻入量對(duì)板材性能的影響；其次，在引發(fā)劑與促進(jìn)劑用量確定后，研究樹脂用量對(duì)板材性能及表面質(zhì)量的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 引發(fā)劑用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

2.1.1引發(fā)劑用量對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

為了考察引發(fā)劑對(duì)建筑裝飾板材性能的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)樹脂與廢棄玻璃鋼質(zhì)量之比為0.9∶1（即樹脂用量為90 份）， 促進(jìn)劑用量為樹脂用量的1.0%，研究引發(fā)劑對(duì)建筑裝飾板材性能的影響。 圖1 為不同的引發(fā)劑用量對(duì)用廢玻璃鋼粉粒作為增強(qiáng)材料制備的建筑裝飾板材拉伸強(qiáng)度的影響，成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時(shí)間為24 h。

圖1 引發(fā)劑用量對(duì)玻璃鋼建筑板材拉伸強(qiáng)度影響

由圖1 可知，板材的拉伸強(qiáng)度不是隨引發(fā)劑用量的增加單調(diào)上升， 其拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)一個(gè)峰值為14.3 MPa，此時(shí)的引發(fā)劑用量為2.0%。 此前，板材的拉伸強(qiáng)度隨著引發(fā)劑用量的增加， 呈上升趨勢(shì)，到達(dá)峰值后,引發(fā)劑用量增大，拉伸性能開始急劇下降，原因是隨引發(fā)劑用量的增加，引起試樣開裂。

由于引發(fā)劑用量增加， 促使樹脂發(fā)生過量交聯(lián)，產(chǎn)生收縮現(xiàn)象；同時(shí)引發(fā)劑用量增加，促使不飽和樹脂在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生大量交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量，形成熱膨脹現(xiàn)象。兩種相反的形變，致使制品開裂現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.1.2 引發(fā)劑用量對(duì)沖擊韌性的影響

成型壓力為0.6 MPa、固化時(shí)間為24 h 的引發(fā)劑用量對(duì)建筑裝飾板材沖擊韌性的影響如圖2 所示。

圖2 引發(fā)劑用量對(duì)復(fù)合材料板材的沖擊性能的影響

由圖2 可知，引發(fā)劑用量在0.5%~2.0%，板材沖擊韌性呈緩慢上升趨勢(shì)， 在2.0%時(shí)達(dá)到最大值為10.6 KJ/m2。 隨著引發(fā)劑用量的增加，產(chǎn)生大量鏈引發(fā)，從而促使大量不飽和樹脂發(fā)生交聯(lián)，形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；當(dāng)促進(jìn)劑含量進(jìn)一步增加時(shí)，如用量超出2%時(shí)， 復(fù)合板材的沖擊韌性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要是引發(fā)劑過量，促使交聯(lián)過度，導(dǎo)致板材脆性迅速增加。

由以上分析可知，引發(fā)劑用量為樹脂用量的2.0%時(shí)，引發(fā)效果最佳。

2.2 促進(jìn)劑用量對(duì)板材的性能影響

2.2.1 促進(jìn)劑用量對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

促進(jìn)劑在不飽和樹脂固化過程中主要起催化作用，配合引發(fā)劑促使樹脂固化。 圖3 顯示樹脂用量為90 份，引發(fā)劑用量為2.0%，不同用量的促進(jìn)劑對(duì)建筑裝飾板材拉伸強(qiáng)度的影響。 成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時(shí)間為24 h。

圖3 促進(jìn)劑用量對(duì)玻璃鋼建筑板材拉伸強(qiáng)度影響

由圖3 可知，促進(jìn)劑用量和引發(fā)劑用量對(duì)板材的性能影響相似。 當(dāng)促進(jìn)劑用量小于1.25%時(shí)，板材的拉伸強(qiáng)度較低； 當(dāng)促進(jìn)劑用量為1.25%時(shí)，建筑裝飾板材拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)最高峰值為15.5 MPa。主要原因是促進(jìn)劑用量較少時(shí)，引發(fā)劑不能充分發(fā)揮交聯(lián)作用，導(dǎo)致板材拉伸強(qiáng)度下降。

2.2.2 促進(jìn)劑用量對(duì)沖擊韌性的影響

促進(jìn)劑用量對(duì)廢玻璃鋼粉粒制成的建筑裝飾板材的沖擊強(qiáng)度變化趨勢(shì)見圖4。 板材的成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時(shí)間為24 h。

圖4 促進(jìn)劑用量對(duì)玻璃鋼板材沖擊強(qiáng)度影響

由圖4 可知，玻璃鋼建筑板材的沖擊性能隨著促進(jìn)劑用量的增加先平穩(wěn)增加，后迅速下降。 在引發(fā)劑用量一定的情況下， 促進(jìn)劑用量為1.25%時(shí)，沖擊韌性強(qiáng)度為11.3 kJ/m2，達(dá)到最高值。原因與促進(jìn)劑用量對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響相似。

根據(jù)以上分析可知， 促進(jìn)劑用量為1.25%時(shí)，促進(jìn)效果較好。

2.3 樹脂用量對(duì)板材的性能影響

2.3.1 樹指用量對(duì)板材拉伸強(qiáng)度的影響

樹脂用量對(duì)建筑板材拉伸強(qiáng)度的影響見圖5。引發(fā)劑為樹脂用量的2.0%， 促進(jìn)劑為樹脂用量的1.25%，成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時(shí)間為24 h。此外，為了達(dá)到裝飾效果，優(yōu)化美觀效應(yīng)，在材料中加入不同色彩顏料，形成待測(cè)試樣。

圖5 樹脂用量對(duì)玻璃鋼板材拉伸強(qiáng)度影響

由圖5 可知，廢玻璃鋼粉末制備復(fù)合材料建筑板材的性能與樹脂用量有很大關(guān)系。裝飾板材的拉伸強(qiáng)度先增加，后減小。當(dāng)樹脂用量為100 份（即樹脂用量和廢棄玻璃鋼質(zhì)量比=1∶1）時(shí)，板材強(qiáng)度達(dá)到最大值，為17.5 MPa。 此后，隨著樹脂用量的增加，板材的拉伸強(qiáng)度開始下降。 當(dāng)樹脂用量達(dá)到最佳值時(shí)，交聯(lián)后可以將廢棄玻璃鋼粉粒更好包覆形成整體，板材強(qiáng)度迅速上升為最高值；此后，樹脂用量進(jìn)一步增加，由于固化樹脂本身的脆性，反而使其強(qiáng)度下降，且浪費(fèi)樹脂，增加成本。

當(dāng)樹脂用量小于100 份，即為粉粒的90 份時(shí)，成型困難且制品表面不光滑，鋪料難鋪均勻。 當(dāng)樹脂用量為100 份時(shí)，樹脂量能夠充分浸入廢棄玻璃鋼粉末， 在相同壓力下能夠制得表面光滑的制品，且摻入不同顏料后，制品與顏料的相容性好。 樹脂用量大于100 份時(shí)性能又有所下降。

2.3.2 樹脂用量對(duì)板材沖擊韌性的影響

樹脂用量和板材沖擊性能的關(guān)系如圖6 所示。促進(jìn)劑為樹脂用量的1.25%， 引發(fā)劑為樹脂用量的2.0%，成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時(shí)間為24 h。

圖6 樹脂用量對(duì)玻璃鋼建筑板材影響

由圖6 可知， 樹脂用量與玻璃鋼粉粒用量為1∶1，促進(jìn)劑為樹脂用量的1.5%，引發(fā)劑為樹脂用量的2.0%時(shí)，試樣的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，為12.3 kJ/m2，試樣的性能最好，成型試樣的外觀最好，其原因與拉伸強(qiáng)度試樣相似。

綜合以上分析可知，當(dāng)引發(fā)劑用量為2.0%、促進(jìn)劑用量為1.25%、樹脂用量為100 份時(shí)，板材的性能最好。

3 結(jié)論

（1）針對(duì)廢棄玻璃鋼對(duì)環(huán)境造成的污染，提出以廢棄玻璃鋼為主要原料生產(chǎn)建筑裝飾板材。 將廢棄玻璃鋼經(jīng)機(jī)械粉碎后形成的粉粒為板材的增強(qiáng)材料，以樹脂作為膠粘劑，以過氧化甲乙酮和環(huán)烷酸鈷分別作為引發(fā)劑和促進(jìn)劑，經(jīng)壓力成型常溫固化形成建筑裝飾板材。

（2）隨著引發(fā)劑和促進(jìn)劑用量的逐漸增加，建筑裝飾板材的拉伸強(qiáng)度和沖擊韌性先增加后減小；隨著樹脂用量的增加， 板材的拉伸強(qiáng)度和沖擊韌性也出現(xiàn)了相似變化。 當(dāng)樹脂用量為90 份、引發(fā)劑用量為樹脂用量的2.0%、促進(jìn)劑用量為1.25%時(shí)，板材的拉伸強(qiáng)度為15.4 MPa，沖擊強(qiáng)度為10.2 kJ/m2；當(dāng)樹脂用量100 份時(shí)， 板材性能最佳， 拉伸強(qiáng)度為17.5 MPa，沖擊強(qiáng)度為 12.3 kJ/m2。

（3）試驗(yàn)中對(duì)試樣摻入不同顏色顏料，板材色彩均勻美觀，具有裝飾效果。