利用廢棄玻璃鋼粉粒制備建筑裝飾板材性能研究

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

我國大力推進綠色能源發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)力發(fā)電在全國各地得到長足發(fā)展，已成為我國新能源開發(fā)不可替代的產(chǎn)業(yè)。而風(fēng)力發(fā)電機組主要部件均是由玻璃纖維或碳纖維增強的熱固性復(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)境帶來嚴重污染。我國每年廢棄的玻璃鋼約有15 萬t 左右，并且呈逐年遞增趨勢，廢棄玻璃鋼的資源化利用刻不容緩[1]。 國外對廢棄玻璃鋼的處理方式主要是熱分解[2]，國內(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、高強度、環(huán)保的特性。

1 原材料及試驗方法

1.1 不飽和樹脂

試驗所用膠黏劑為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。

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，相對分子質(zhì)量為88.12，白色粉末，溶于苯、醇、醚和酯等有機溶劑。

環(huán)烷酸鈷，作為促進劑，分子量為313.25 ，熔點為140 ℃ ，溶于有機溶劑如乙醇、乙醚、苯、甲苯等，外觀呈棕褐色無定形粉末。

聚酯薄膜，作為脫模紙，表面光潔。

1.4 試驗方法

將廢棄玻璃鋼粉末與樹脂通過機械攪拌混合均勻，按配方加入促進劑和引發(fā)劑，攪拌均勻，注入模具，壓力成型，常溫固化24 h 后測試性能。 通過兩個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， 不同引發(fā)劑和促進劑摻入量對板材性能的影響；其次，在引發(fā)劑與促進劑用量確定后，研究樹脂用量對板材性能及表面質(zhì)量的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 引發(fā)劑用量對產(chǎn)品性能的影響

2.1.1引發(fā)劑用量對拉伸強度的影響

為了考察引發(fā)劑對建筑裝飾板材性能的影響，試驗設(shè)計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）， 促進劑用量為樹脂用量的1.0%，研究引發(fā)劑對建筑裝飾板材性能的影響。 圖1 為不同的引發(fā)劑用量對用廢玻璃鋼粉粒作為增強材料制備的建筑裝飾板材拉伸強度的影響，成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時間為24 h。

圖1 引發(fā)劑用量對玻璃鋼建筑板材拉伸強度影響

由圖1 可知，板材的拉伸強度不是隨引發(fā)劑用量的增加單調(diào)上升， 其拉伸強度呈現(xiàn)一個峰值為14.3 MPa，此時的引發(fā)劑用量為2.0%。 此前，板材的拉伸強度隨著引發(fā)劑用量的增加， 呈上升趨勢，到達峰值后,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；同時引發(fā)劑用量增加，促使不飽和樹脂在短時間內(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)劑用量對沖擊韌性的影響

成型壓力為0.6 MPa、固化時間為24 h 的引發(fā)劑用量對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， 在2.0%時達到最大值為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)；當促進劑含量進一步增加時，如用量超出2%時， 復(fù)合板材的沖擊韌性呈現(xiàn)下降趨勢，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，引發(fā)效果最佳。

2.2 促進劑用量對板材的性能影響

2.2.1 促進劑用量對拉伸強度的影響

促進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%，不同用量的促進劑對建筑裝飾板材拉伸強度的影響。 成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時間為24 h。

圖3 促進劑用量對玻璃鋼建筑板材拉伸強度影響

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

2.2.2 促進劑用量對沖擊韌性的影響

促進劑用量對廢玻璃鋼粉粒制成的建筑裝飾板材的沖擊強度變化趨勢見圖4。 板材的成型壓力為0.6 MPa，常溫固化時間為24 h。

圖4 促進劑用量對玻璃鋼板材沖擊強度影響

由圖4 可知，玻璃鋼建筑板材的沖擊性能隨著促進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， 促進劑用量為1.25%時，沖擊韌性強度為11.3 kJ/m2，達到最高值。原因與促進劑用量對拉伸強度的影響相似。

根據(jù)以上分析可知， 促進劑用量為1.25%時，促進效果較好。

2.3 樹脂用量對板材的性能影響

2.3.1 樹指用量對板材拉伸強度的影響

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

圖5 樹脂用量對玻璃鋼板材拉伸強度影響

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。裝飾板材的拉伸強度先增加，后減小。當樹脂用量為100 份（即樹脂用量和廢棄玻璃鋼質(zhì)量比=1∶1）時，板材強度達到最大值，為17.5 MPa。 此后，隨著樹脂用量的增加，板材的拉伸強度開始下降。 當樹脂用量達到最佳值時，交聯(lián)后可以將廢棄玻璃鋼粉粒更好包覆形成整體，板材強度迅速上升為最高值；此后，樹脂用量進一步增加，由于固化樹脂本身的脆性，反而使其強度下降，且浪費樹脂，增加成本。

當樹脂用量小于100 份，即為粉粒的90 份時，成型困難且制品表面不光滑，鋪料難鋪均勻。 當樹脂用量為100 份時，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 份時性能又有所下降。

2.3.2 樹脂用量對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，常溫固化時間為24 h。

圖6 樹脂用量對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，促進劑為樹脂用量的1.5%，引發(fā)劑為樹脂用量的2.0%時，試樣的沖擊強度達到最大值，為12.3 kJ/m2，試樣的性能最好，成型試樣的外觀最好，其原因與拉伸強度試樣相似。

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

3 結(jié)論

（1）針對廢棄玻璃鋼對環(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)機械粉碎后形成的粉粒為板材的增強材料，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)劑和促進劑用量的逐漸增加，建筑裝飾板材的拉伸強度和沖擊韌性先增加后減小；隨著樹脂用量的增加， 板材的拉伸強度和沖擊韌性也出現(xiàn)了相似變化。 當樹脂用量為90 份、引發(fā)劑用量為樹脂用量的2.0%、促進劑用量為1.25%時，板材的拉伸強度為15.4 MPa，沖擊強度為10.2 kJ/m2；當樹脂用量100 份時， 板材性能最佳， 拉伸強度為17.5 MPa，沖擊強度為 12.3 kJ/m2。

（3）試驗中對試樣摻入不同顏色顏料，板材色彩均勻美觀，具有裝飾效果。