不飽和聚酯樹脂在復(fù)合材料中的應(yīng)用和發(fā)展

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，復(fù)合材料在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。不飽和聚酯樹脂（UPR）作為一種重要的熱固性樹脂基體，因其良好的性能和低成本優(yōu)勢，成為復(fù)合材料制造中的首選材料。從不飽和聚酯樹脂的改性、添加增強材料以及在復(fù)合材料中的應(yīng)用和發(fā)展等方面進行詳細的探討。

關(guān)鍵詞：不飽和聚酯樹脂；復(fù)合材料；增強材料隨著科技的不斷發(fā)展，材料科學(xué)在各個領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。復(fù)合材料作為一種新型材料，憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性、耐高溫性和抗老化性等特點，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的一部分。不飽和聚酯樹脂（Unsaturated Polyester Resin，簡稱UPR）作為一種具有廣泛應(yīng)用前景的樹脂基體，在復(fù)合材料領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位［1］。本文將從UPR的基本性質(zhì)、改性方法、添加增強材料以及在復(fù)合材料中的應(yīng)用和發(fā)展等方面進行詳細的探討，以期為復(fù)合材料的研究和應(yīng)用提供參考。

1不飽和聚酯樹脂改性

隨著科技的不斷發(fā)展，不飽和聚酯樹脂（UPR）在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。然而，UPR的性能仍有待提高，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。為此，研究人員對UPR進行了一系列的改性研究，包括化學(xué)改性、納米改性等。通過這些改性方法，UPR的性能得到了顯著提高，進一步拓寬了其在復(fù)合材料中的應(yīng)用領(lǐng)域。其中，化學(xué)改性法是通過改變UPR分子結(jié)構(gòu)或引入新的基團來提高其性能的方法，主要有引入柔性鏈段、引入剛性鏈段、調(diào)整交聯(lián)密度等，可以顯著提高抗沖擊性能、耐腐蝕性能等。而納米改性法是通過添加納米材料來提高UPR性能的方法，納米材料具有極大的比表面積和特殊的表面效應(yīng)，可以顯著提升UPR的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和耐磨性等［2］。常見的納米改性材料有納米黏土、納米硅酸鹽、納米氧化物等。

通過化學(xué)改性和納米改性，UPR的性能得到了顯著提高，進一步拓寬了其在復(fù)合材料中的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，改善UPR的性能仍然受到許多因素的影響，如改性劑的種類、含量、分散性等。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的改性方法和改性劑，以實現(xiàn)UPR性能的最大化。

2添加增強材料的不飽和聚酯樹脂

本章將詳細介紹添加增強材料的不飽和聚酯樹脂的種類、性能及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用。

2.1添加增強材料的種類

增強材料是一類具有優(yōu)異性能的材料，可以顯著提高UPR的性能。根據(jù)增強材料的性質(zhì)和來源，可以分為以下幾類：

（1） 無機增強材料：主要包括玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維等。這些材料具有良好的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以顯著提高UPR的強度、剛度和耐磨性。

（2） 有機增強材料：主要包括芳綸纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維等。這些材料具有較好的柔性和韌性，可以有效提高UPR的抗沖擊性能和抗裂性能。

（3） 金屬增強材料：主要包括鋁粉、鋅粉、銅粉等。這些材料具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，可以提高UPR的導(dǎo)電性能和散熱性能。

（4） 納米增強材料：主要包括納米碳管、納米氧化物、納米黏土等。這些材料具有極大的比表面積和特殊的表面效應(yīng)，可以顯著提高UPR的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和耐磨性等。

2.2添加增強材料對UPR性能的影響

添加增強材料的UPR復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本節(jié)將以添加香蕉（莖）纖維作為增強材料，研究以不飽和聚酯樹脂作為基體時，添加增強材料對不飽和聚酯性能的影響。

2.2.1材料與儀器

實驗材料：香蕉（莖）纖維，15 cm，10.4 tex，191#不飽和聚酯樹脂，環(huán)烷酸鈷，過氧化甲乙酮，NaOH（顆粒），DH8023脫模劑。

實驗儀器：FA2004B電子天平，JJ1型精密增力電動攪拌器，Y802A型八籃恒溫干燥箱，INSTRON4302型電子萬能測試機，QLB25T平板硫化機。

2.2.2實驗方法

（1） 香蕉纖維堿處理

首先，使用NaOH顆粒制備2%的堿性溶液。接著，在預(yù)備好的堿溶液中加入香蕉纖維。然后，在常溫下浸泡，5 h后從蒸餾水中取出并進行中性水洗。最后，將用中性水洗過后的纖維放進Y802A型的八籃恒溫干燥箱，溫度設(shè)定為80 ℃，恒溫烘干直至質(zhì)量不變后取出密封保存。采用掃描電鏡對熱處理前后的香蕉纖維進行微觀形貌觀察。通過堿處理，可以有效去除香蕉纖維中的雜質(zhì)、膠質(zhì)等，并且減小微纖的旋轉(zhuǎn)角度，進一步優(yōu)化纖維表面，為不飽和聚酯樹脂基體產(chǎn)生反應(yīng)提供了更加有利的條件。

（2） 配制UPR樹脂膠液

取191#UPR樹脂100 g，加入2 mL的固化劑過氧化甲乙酮，攪拌均勻后，再加入1 mL的促進劑環(huán)烷酸鈷，攪拌均勻后立刻使用。

（3） 熱壓成型與測試

a） 首先，將堿處理過的香蕉纖維進行切割，每份纖維的長度為5 mm。然后，依據(jù)10%的質(zhì)量比調(diào)配混入預(yù)制好的UPR樹脂膠液中。接著，將得到的預(yù)混料經(jīng)過模具處理后，采用單因子實驗進行復(fù)合材料制備，材料方案的參數(shù)設(shè)定參見表1和表2。

b） 根據(jù)GB/T 1447—2005《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》，參見表2中不同條件（成型壓力、溫度、時間）開展復(fù)合材料的力學(xué)性能測試，最終得到最優(yōu)的熱壓工藝。

c） 分別制定方案1、方案2、方案3、方案4以及方案5依次將香蕉纖維5%、10%、15%、20%、25%分別加入到預(yù)先配制好的UPR樹脂膠液中，接著，按照前面的熱壓工藝開展材料制備。

d） 根據(jù)GB/T 1447—2005標準，借助電子多功能實驗機開展復(fù)合材料的力學(xué)性能測試。該測試需要在不同纖維含量的變量下進行，以確定最佳的纖維添加量。

復(fù)合材料在不同的成型壓力條件下，其力學(xué)性能先緩慢增加，然后急劇上升，最后趨于平穩(wěn)。隨著壓力值的增加，材料的屈服強度、抗拉強度以及彈性模量均有明顯變化。在0～5 MPa的壓力范圍內(nèi)，由于壓力相對較低，對于復(fù)合材料的拉伸和彎曲強度的影響較??；當超過該范圍時，隨著載荷的增加，材料的性能迅速惡化，最終導(dǎo)致失效破壞。在5～15 MPa的壓力范圍內(nèi)，拉伸和彎曲強度曲線的斜率開始逐步上升，其增長速度達到頂峰；當壓力超過15 MPa時，斜率漸漸趨向穩(wěn)定，并且拉伸以及彎曲強度的增長速度漸漸變慢，致使機械性能的增速也變緩。通過分析發(fā)現(xiàn)，壓力對香蕉纖維增強樹脂基復(fù)合材料性能的影響主要是由其內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)所決定的。在其他因素保持不變的情況下，伴隨著壓力的增加，復(fù)合材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變化，使香蕉纖維緊緊附牢在基材上，這將顯著提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。同時由于擠壓成型工藝中擠出過程所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也會引起材料力學(xué)性能的損失，所以要想獲得良好的機械性能，必須保證擠出機的真空度。當壓力達到某一特定值之后，復(fù)合材料的密度達到了峰值，此時，壓力對該材料的機械性質(zhì)產(chǎn)生的影響幾乎可以忽略不計。

3結(jié)語

不飽和聚酯樹脂（UPR）作為一種具有優(yōu)異性能的熱固性樹脂，在各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，UPR的性能將不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂Ｎ磥鞺PR將在航空航天、汽車制造、建筑工程、電子電器等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類的發(fā)展做出更大的貢獻。同時，UPR的環(huán)?；⒐δ芑?、低成本化等發(fā)展趨勢也將成為研究的重點，以滿足市場對UPR的不斷變化的需求。

參考文獻：

［1］李梟銘，楊士山，吳淑新，等.不飽和聚酯樹脂阻燃改性技術(shù)研究進展［J］.工程塑料應(yīng)用，2023，51（3）：157164.

［2］李洋，彌陽麗，崔偉，等.填料對不飽和聚酯樹脂包覆層耐熱性影響研究［J］.化工新型材料，2023，51（3）：160165.