纤维增强夹砂管道材料设计

实验 3
0.8+1
37
69.4
3.08
4.92
18.9
43
备注：树脂是江苏富菱化工有限公司的间苯型FL-518食品级树脂，卫生指标满足 GB 13115的规定；固化剂（9%活性氧含量）和促进剂T-8A是江阴市前进化 工厂生产；冲击强度为无缺口冲击。
试样加工环节对检测结果的影响：树脂在玻璃板或者钢 板中浇铸成型板材后，再经过切割、打磨等加工后成为 符合国标规定尺寸的试样。切割时应选用较高线速度金 刚石刀具，尽量减少切割对试样的冲击破坏；试样不规 整的表面要经过打磨处理，可用240#和400#耐水砂纸沾 水打磨，打磨时间过长、用力不均匀都会对试样造成不 同程度的破坏。在试样的制作时尽量减少加工的工序对 试样的性能的测试是有利的。在对试样进行的一次冲击 实验时，对成型面的冲击强度为18.54 KJ/m2，对成型面 进行打磨加工后的冲击强度为14.84 KJ/m2，相比高出 25%（注：用玻璃板夹橡胶条浇铸10mm厚的FL-518食 品级树脂浇铸体，然后切割成15mm宽的试件，进行冲 击实验）。
三、关于结构层树脂的选用
国标对结构层树脂没有硬性要求应采用间苯型不饱和聚酯树脂或乙烯基酯 树脂或双酚A型树脂，也就是说可以采用邻苯型不饱和聚酯树脂。但是国标 对结构层树脂的力学性能要求有四项指标： 拉伸强度：≥60 MPa； 拉伸弹性模量：≥3.0 GPa； 断裂伸长率：≥2.5％； 热变形温度：≥70℃。 热变形温度按GB／T 1634.2—2004 A GB T 1634.2—2004中A法进行测试。 请大家注意，国标对结构层树脂的力学性能要求中虽然断裂伸长率比内衬层 树脂降低了一个百分点，但是对拉伸弹性模量增加了0.5个GPa，同时还增 加了一个指标，即热变形温度≥70℃。请各位不要小看拉伸弹性模量增加 0.5个GPa和增加了热变形温度≥70℃这一指标，树脂生产厂家为了做到这 两点也确实费了不少心思！我可以负责任地说，目前国内不饱和聚酯树脂行 业200余家厂商中有能力生产这种邻苯型不饱和聚酯树脂的厂家不会超过十 家。 我们希望，玻璃钢管道生产企业的朋友们在采用结构层树脂时一定要严格按 照国标要求，选择符合上述四项指标的树脂。千万不要为了降低成本，选用 不符合国标要求的劣质树脂，一旦玻璃纤维增强塑料夹砂管质量出现问题， 造成的损失将是非常巨大的！前几年，管道行业内因选用树脂不当造成严重 工程质量事故，经济损失数千万元的案例大家应该不会忘记。
二、关于内衬层树脂的选用
间苯型不饱和聚酯树脂或乙 烯基酯树脂或双酚A型树脂。而据我们了解，目前国内
1、国标要求玻璃纤维增强塑料夹砂管内衬层树脂应采用
玻璃钢管道行业中内衬层树脂采用间苯型不饱和聚酯树 脂的管道厂极少极少，更不用说采用乙烯基酯树脂或双 酚A型树脂了！为了降低成本，绝大多数管道厂都是采用 邻苯型的不饱和聚酯树脂制作内衬层。 国标规定内衬层树脂应采用间苯型不饱和聚酯树脂或乙 烯基酯树脂或双酚A型树脂是有其道理的，因为间苯型树 脂的力学性能和耐腐蚀性能指标均大大优于邻苯型树脂。 用间苯型树脂制作内衬层，就能保证玻璃纤维增强塑料 夹砂管的质量能满足工程的需要。
3、不饱和聚酯树脂的生产工艺：
生产工艺都是采用间歇式生产，即在反应 釜内用饱和二元酸、不饱和二元酸和二元 醇缩聚而成的线形聚合物，在稀释釜内用 苯乙烯作为交联单体稀释成为不饱和聚酯 树脂。
4、目前国内不饱和聚酯树脂行业的现状
据不完全统计，国内目前不饱和聚酯树脂生产厂家有200余家，技术 水平参差不齐，生产能力差别很大，规模小的不饱和聚酯树脂生产 厂家年生产能力仅数千吨，规模大的年产十几万吨；规模小的厂家 设备简陋、生产过程控制手段落后、产品质量不稳定，三万吨以上 产能的厂家设备相对精良、生产过程控制手段先进、产品质量稳定， 其中金陵帝斯曼树脂有限公司、江苏富菱化工有限公司和亚什兰公 司等已经采用DCS控制。 企业管理水平也是良秀不齐，总体来看，规模小的不饱和聚酯树脂 生产厂家基本是私营、个体企业，管理水平较差，组织机构不健全， 环保和安全生产投入很少，生产过程中产生的废水基本上偷偷排放， 废气几乎没有任何处理手段直接排放；而三万吨以上产能的厂家管 理水平则相对较高，生产过程中产生的废水采用焚烧炉焚烧，实现 零排放，废气采用先进的净化处理设备，如金陵帝斯曼树脂有限公 司和江苏富菱化工有限公司等，而且这几家公司已经采用ERS系统 进行生产、财务、采购和销售的管理 可以这么说，目前中国的饱和聚酯树脂行业仍处于春秋时代 春秋时代，随着 春秋时代 国家对节能减排、环境保护、安全生产各项法律、法规逐步完善， 中国的饱和聚酯树脂行业正在洗牌，未来二、三年内将会向战国时 战国时 代转变。
国标（GB／T 2567—2008）对试样制作规定如下： 试样的配料、浇注 按预定的固化系统配料，试样的浇铸在室温15~30℃、相对湿度小 于70%条件下进行，沿浇注口紧贴模板倒入树脂液，在整个操作过 程中药尽量避免产生气泡。如气泡过多，可采用真空脱泡或振动法 脱泡。 固化 a)常温固化：浇注后模子在室温下放置24~48小时后脱模，然后敞开 放在一个平台上，在室温或者标准温度下放置504小时（包括试样加 工时间）。 b)常温加热固化：浇注模在室温下放置24小时后脱模，继续加热固 化，从室温逐渐升至树脂热变形温度，恒温时间按树脂性能经试验 确定。 c)热固化：固化温度和时间根据树脂固化剂和催化剂的类型而定。 国标对试样配料环节固化剂和催化剂加入量、固化环节热固化的温 度、升温曲线没有做出具体的规定。根据我公司力学测试室多年制 作试样的经验，我们推荐玻璃钢管道生产企业在制作试样时，按树 脂重量的1%~2%加入过氧化甲乙酮，催化剂（钴液）的用量则要根 据树脂的活性适当调节，一般控制室温15~30℃下胶凝时间在 15~30min之间。因为胶凝过快导致放热峰温度过高，产生内应力， 同时浇铸过程中给排气泡造成困难，从而产生缺陷，影响试样的强 度及断裂伸长率；胶凝过慢即使后续加热固化也会致使试样固化不 完全，交联度下降，影响试样的拉伸弹性模量、巴柯硬度和热变形 温度。
主题：材料设计
副题： 副题：玻璃纤维增强塑料夹砂管不饱和聚酯树脂的选用 主讲： 主讲：江苏富菱化工有限公司 马越群
培训内容
关于不饱和聚酯树脂 关于内衬层树脂的选用 关于结构层树脂的选用 树脂使用前的检测
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总 局和中国国家标准化管理委员会于2007年 10月21日发布了“玻璃纤维增强塑料夹砂 管”国家标准（GB／T 21238—2007）， 自2008年4月1日实施。 在这个标准的第5部分明确规定了对原材料 的要求，其中5.2对树脂有具体要求。 今天，我主要就玻璃纤维增强塑料夹砂管 的材料设计（主要是不饱和聚酯树脂的选 用）与各位做一个交流。
2、国标对给水工程用FRPM管的内衬层树脂的 卫生指标必须满足GB 13115的规定。据我们了 的规定。 解，给水工程用FRPM管的内衬层树脂采用卫生 指标满足GB 13115的规定的管道厂也非常少， 绝大多数管道厂都是采用通用型的不饱和聚酯树 脂制作内衬层。这就使给水工程用FRPM管输送 的水质存在很大的隐患。 3、国标对定长缠绕工艺和连续缠绕工艺内衬层 树脂的力学性能要求有三项指标： 拉伸强度：≥60 MPa； 拉伸弹性模量：≥2.50 GPa； 断裂伸长率：≥3.5％。
固化阶段我公司力学测试室通常采用常温加热固 化。下表为不同胶凝时间对力学的性能的影响：
促进剂+ 固化剂 （phr） 1.5+2 实验 1 实验 2 1+1.5 26 73.5 3.32 4.53 15.3 45 拉伸弹 断裂伸 胶凝时 拉伸强 间（min） 度 性模量 长率 （MPa） （GPa） （%） 11 63.7 3.42 3.84 冲击强 度KJ/㎡ 12.7 巴柯硬 度 46
1、不饱和聚酯树脂的性能特点：
A、工艺性能优良，这是不饱和聚酯树脂最大的 优点，可以在室温下固化，常压下成型，工艺性 能灵活，特别适合大型和现场制造玻璃钢制品； B、固化后树脂综合性能好，力学性能指标略低 于环氧树脂，但优于酚醛树脂，耐腐蚀性，电性 能和阻燃性可以通过配方以及合成工艺的设计来 满足制品对树脂的要求，树脂颜色浅，可以制成 透明制品； C、品种多，应用广泛，价格较低； D、缺点是固化时收缩率较大，含苯乙烯，有刺 激性气味，长期接触对身体健康不利。操作工人 必须要有相应的劳动保护措施。
这三项指标看起来似乎并不苛刻，但实际上并不是那么 容易做到的。因为对不饱和聚酯树脂来说，拉伸强度、 拉伸弹性模量与断裂伸长率是一对矛盾，也就是鱼与熊 掌不可兼得，一个树脂断裂伸长率≥3.5%同时要做到拉 伸强度≥60 MPa和拉伸弹性模量≥2.50 GPa是很难的！国 内不饱和聚酯树脂行业一位资深老专家曾断言，间苯型 树脂要同时达到这三项指标是不可能的事情！但国内确 实有厂家能够生产出这样的树脂，尽管目前国内不饱和 聚酯树脂行业200余家厂商中有能力生产这种间苯型不饱 和聚酯树脂的厂家可能仅仅四、五家。生产这种树脂需 要对树脂的配方和合成工艺进行精心设计以及用先进的 生产装备才能够完成。 我们认为，为了保证玻璃纤维增强塑料夹砂管的质量和 这个行业的健康发展，玻璃钢管 道生产企业行业的朋友们在选用内衬层树脂时一定要严 格按照国标要求，采用间苯型不饱和聚酯树脂或乙烯基 酯树脂或双酚A型树脂；给水工程用FRPM管的内衬层树 脂的卫生指标必须满足GB 13115的规定；同时选用的树 的规定； 脂浇注体力学性能必须达到国标规定的三项指标。
2、不饱和聚酯树脂的分类: 、不饱和聚酯树脂的分类:
A、以树脂分子结构来分类，主要有邻苯型树脂、 间苯型树脂、双环戊二烯（简称DC）树脂和乙 烯基树脂； B、以玻璃钢成型工艺分类有手糊树脂、喷射树 脂、缠绕树脂、SMC/BMC模压树脂、拉挤树脂、 RTM（树脂传递模塑法）树脂、真空导入树脂等； C、以应用领域分类有通用型树脂、玻璃钢管道 树脂、SMC/BMC树脂、防腐树脂、船用树脂、 阻燃树脂、风力发电叶片树脂、人造石树脂、工 艺品树脂等等。