鉛酸蓄電池槽用乙烯基樹脂固化性能的研究

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(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，湖北武漢 430064)

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鉛酸蓄電池槽用乙烯基樹脂固化性能的研究

祝斌

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，湖北武漢 430064)

摘要：通過改變促進(jìn)劑的量來調(diào)節(jié)乙烯基樹脂凝膠時(shí)間，確定了最優(yōu)固化配方，并對(duì)樹脂固化物的固化度、力學(xué)性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，樹脂固化物固化度為92.36%，彎曲強(qiáng)度為145MPa，拉伸強(qiáng)度為98MPa，壓縮強(qiáng)度可達(dá)138MPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為97.7℃。

關(guān)鍵詞：乙烯基樹脂，固化度，力學(xué)性能，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

鉛酸蓄電池由正極板、負(fù)極板、隔板、硫酸電解液、和整體蓄電池槽等組成，其中蓄電池槽一般容量都較大，還應(yīng)考慮耐酸、耐振、阻燃、絕緣、滲透性、散熱、外觀等的要求，因此容器多由硬橡膠改用纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(FRP)。應(yīng)用FRP殼體材料后，其耐沖擊、振動(dòng)，絕緣性能提高，還可以適當(dāng)減薄殼體增加酸量，提高長(zhǎng)時(shí)率放電時(shí)間。

目前無論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)選用的鉛酸蓄電池槽在常溫下可以很好地使用，但在高溫下使用電池性能會(huì)迅速下降，主要原因是由于蓄電池槽選用的樹脂彈性模量、強(qiáng)度相對(duì)較低，在高溫環(huán)境以及較高內(nèi)壓下，電池槽存在較大變形，因此，選擇合適的樹脂對(duì)鉛酸蓄電池槽顯得尤為重要，而環(huán)氧樹脂成本較高，一般采用性價(jià)比高的乙烯基樹脂是行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[1-3]，乙烯基樹脂具有環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能，且其與玻纖等材料合理匹配后的性能并不低于環(huán)氧體系復(fù)合材料，其抗疲勞、剛度等各項(xiàng)性能可完全滿足設(shè)計(jì)要求。此外，乙烯基樹脂可在不改變?cè)h(huán)氧樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，直接替代環(huán)氧樹脂，提高模具使用效率[4-6]。

本文在優(yōu)選樹脂體系配方的基礎(chǔ)上，自制了耐熱性較好的雙酚A型環(huán)氧乙烯基樹脂，通過改環(huán)烷酸鈷的量來調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間，并對(duì)樹脂的固化性能進(jìn)行研究，為乙烯基酯樹脂在大型動(dòng)力鉛酸蓄電池用電池槽上的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料

乙烯基樹脂：自制雙酚A型環(huán)氧乙烯基樹脂；引發(fā)劑：NOROX MEKP-925H；促進(jìn)劑：環(huán)烷酸鈷。

1.2儀器

萬能試驗(yàn)機(jī)：RGM-30A，深圳瑞格儀器；DSC：美國(guó)4000 Perkin-Elmer；烘箱：CS101-3EBN 電熱鼓風(fēng)干燥箱，重慶永恒實(shí)驗(yàn)儀器；分析天平：電子精密天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3樹脂凝膠時(shí)間

樹脂體系凝膠時(shí)間按照GB/T 7193-2008 不飽和聚酯樹脂試驗(yàn)方法測(cè)試。

1.4性能測(cè)試

1.4.1DSC測(cè)試

采用Perkin Elmer 示差掃描量熱儀DSC 4000 對(duì)體系進(jìn)行。試樣在30℃～200℃下進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)試，升溫速率為20℃/min，氮?dú)夥諊?/p>

1.4.2樹脂固化物固化度測(cè)試

用銼刀將后固化好的試樣銼成粉末并用0.4mm標(biāo)準(zhǔn)篩過篩，干燥備用。采用GB/T 2576-2005 丙酮萃取法測(cè)定樹脂固化物的固化度。

1.4.3樹脂固化物力學(xué)性能測(cè)試

將環(huán)氧乙烯基樹脂、MEKP-925H、促進(jìn)劑按照質(zhì)量比分別稱量、混合、并攪拌均勻，靜置脫泡；倒入模具中，室溫凝膠固化后，后固化處理，待自然冷卻后脫模；采用GB/T 257-2008進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試、GB/T 3854進(jìn)行巴氏硬度測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2.1樹脂凝膠時(shí)間

樹脂的凝膠時(shí)間決定了在成型過程中的工藝性。凝膠時(shí)間太長(zhǎng)，制品的成型時(shí)間較長(zhǎng)，影響效率，同時(shí)可能造成樹脂的流失；凝膠時(shí)間太短，影響樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)性，大大降低固化物的性能，凝膠時(shí)間在40min為最佳。因此，尋找合適的凝膠時(shí)間對(duì)成型工藝性至關(guān)重要。

圖1研究了25℃時(shí)，固化劑MEKP-925H量為樹脂質(zhì)量1.5%時(shí)，不同環(huán)烷酸鈷含量對(duì)樹脂凝膠時(shí)間的影響。根據(jù)研究，選取的最佳配比為乙烯基樹脂∶固化劑∶環(huán)烷酸鈷(質(zhì)量比)=100∶1.5∶2。

圖1　不同促進(jìn)劑含量對(duì)樹脂凝膠時(shí)間的影響

2.2樹脂后固化對(duì)巴氏硬度的影響

樹脂在室溫凝膠后，交聯(lián)反應(yīng)依然能夠進(jìn)行，分子的可動(dòng)性會(huì)繼續(xù)受到交聯(lián)的限制，在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)存在一些空間位阻的死點(diǎn)，固化劑進(jìn)不去，那里的自由基也不會(huì)終止，殘留的固化劑也不能再分解。當(dāng)溫度升高，特別是接近樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，分子的可動(dòng)性大大增加，殘余的過氧化物得以分解，交聯(lián)反應(yīng)得以繼續(xù)，因此可通過合適的后固化來提高固化度。

表1為不同后固化溫度和時(shí)間對(duì)樹脂固化物巴氏硬度的影響，可以看出，溫度80℃、時(shí)間2h為樹脂最佳后固化工藝。

表1　后固化對(duì)樹脂固化物巴氏硬度的影響

2.3樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試

耐熱性可以通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來表征，對(duì)自制的環(huán)氧型乙烯基樹脂固化物進(jìn)行DSC測(cè)試分析，從圖2可以看到，固化物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)達(dá)97.7℃。

圖2　樹脂固化物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試

2.4樹脂固化物性能測(cè)試

表2為樹脂固化物的性能測(cè)試結(jié)果，可以看到，樹脂固化物不僅具有良好的耐熱性，而且具有理想的力學(xué)性能及耐酸性，可以滿足大型動(dòng)力鉛酸蓄電池用玻璃鋼蓄電池槽使用要求。

表2　樹脂固化物性能測(cè)試結(jié)果

3結(jié)論

(1)自制了耐熱性較好的雙酚A型環(huán)氧乙烯基樹脂，通過調(diào)節(jié)環(huán)烷酸鈷與樹脂的比例與后固化工藝選擇得到乙烯基樹脂最佳固化工藝。

(2)通過對(duì)樹脂固化物測(cè)試，固化度為92.36%，彎曲強(qiáng)度達(dá)145 MPa，拉伸強(qiáng)度可達(dá)96MPa，壓縮強(qiáng)度可達(dá)135MPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)97.7℃，可以滿足大型動(dòng)力鉛酸蓄電池用玻璃鋼蓄電池槽使用要求。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TQ 32

Study on the Optimization of Curing Process of Vinyl Ester Resin for Case of Lead-acid Battery

ZHU Bin

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，CSIC，Wuhan 430064，Hubei，China)

Abstract：By changing the amount of accelerator to adjust the vinyl resin gel time，determine the optimal curing formula，and the curing degree，mechanical properties and glass transition temperature of the resin cured product were tested. The test results showed that the degree of curing of the resin was 92.36%，the bending strength was 145MPa，the tensile strength was 98MPa，the compressive strength can reach 138MPa，the glass transition temperature was 97.7℃.

Key words：vinyl ester resin，curing degree，mechanical properties，glass transition temperature