增韌劑是玻璃鋼(FRP)的重要組成部分，根據(jù)增韌機理可以分為兩種情況:一是增韌劑可以插入聚合物分子鏈之間，增加分子鏈之間的距離，減弱分子鏈之間的作用力，增加分子鏈的流動性，從而提高FRP的塑性和韌性；其次，增韌劑不能插入聚合物分子鏈之間，通過改變聚集結(jié)構(gòu)可以增加分子鏈的流動性，增韌劑與基體的界面效應(yīng)可以提高FRP的韌性[1-2]。

增韌劑的選擇除了要考慮增韌效果外，還要考慮相容性、揮發(fā)性、流動性、價格等因素。對于環(huán)氧玻璃鋼，最常用的增韌劑是鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)，其特點是原料來源廣泛，價格低廉，對環(huán)氧樹脂(EP)有增塑作用。但是，DOP和DBP的揮發(fā)性很高，對環(huán)境和玻璃鋼的性能都有影響。然而，揮發(fā)性相對較低的DHP、DIDP和DIO-辛基鄰苯二甲酸酯的產(chǎn)量受到原料醇來源的限制[3-5]。因此，本文嘗試在玻璃鋼中加入SBS樹脂，并與DBP增韌增塑劑進行對比，探討增韌劑對環(huán)氧玻璃鋼性能的影響。

1.實驗部分

1.1主要原材料

環(huán)氧樹脂(EP): E-44，Xi安科達膠粘劑有限公司；二乙烯三胺(DETA): ≥ 99%，南京海邦貿(mào)易有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯(DBP): Xi安化制藥有限公司；SBS樹脂:YH-188，巴陵石化公司；玻璃纖維布:E-GLASS，河北省任丘市宏達玻璃纖維布廠；硅烷偶聯(lián)劑:KH560，上海華鑰化工廠。

1.2主要設(shè)備和儀器

電腦控制拉伸試驗機:LDS-20KN，長春智能儀器設(shè)備有限公司；機械沖擊試驗機:JJ-22，長春智能儀器設(shè)備有限公司；橡塑肖氏硬度計:LX-D，東莞大衛(wèi)儀器有限公司；掃描電子顯微鏡:JSM-6390LV，日本JEOL公司。

1.3樣品制備

玻璃纖維浸漬:將硅烷偶聯(lián)劑KH560用無水乙醇稀釋成稀溶液，放入蒸發(fā)皿中，然后將切成方形條的玻璃纖維布浸泡在其中，20 ~ 30 min后取出晾干備用。

模具準備:3 mm×150mm×10 mm紙盒采用光滑硬紙，紙盒邊緣用EP膠液預(yù)處理，防止膠液滲漏。

膠體溶液配置:每個樣品的EP用量為10 g，固化劑DETA用量按1 g計算，根據(jù)表1所示的實驗方案，基于EP質(zhì)量稱量相應(yīng)質(zhì)量的DBP或SBS。對于以DBP為增韌劑的樣品，首先將相應(yīng)質(zhì)量的DBP加入燒杯中，然后加入EP，用適量丙酮作為稀釋劑，攪拌均勻，然后加入固化劑，攪拌均勻。以SBS為增韌劑，先用丙酮將SBS充分溶解，然后加入EP，用適量丙酮作為稀釋劑，再加入固化劑，攪拌均勻。

玻璃纖維浸漬后，模具和膠液準備好。在紙模上刷一層硅油，然后涂一層膠液，再涂一層浸漬玻璃纖維，再涂一層膠液，如此反復(fù)，直到形成五層玻璃纖維六層樹脂的層狀結(jié)構(gòu)。固化固化48 h后，得到厚度約為2 mm、尺寸為3mm×150 mm的條形板，用于性能測試。

1.4性能測試和結(jié)構(gòu)表征

拉伸性能:根據(jù)GB/T 1040—1979，拉伸速度為10毫米/分鐘；沖擊性能:根據(jù)GB/T 1043—1979進行測試；肖氏硬度按GB/T 2411-1980測定，每個樣品選擇10 ~ 15個位置。對斷口進行噴金處理，并用掃描電鏡分析斷口形貌。電子束電壓為15千伏。

2.結(jié)果和討論

2.1增韌劑用量對環(huán)氧玻璃鋼拉伸性能的影響

圖1顯示增韌劑用量對環(huán)氧玻璃鋼拉伸性能的影響。從圖1a可以看出，當(dāng)DBP的質(zhì)量分數(shù)增加到15%時，EP FRP的抗拉強度迅速增加，用量繼續(xù)增加，抗拉強度變化不大；當(dāng)SBS含量為7%時，環(huán)氧玻璃鋼的拉伸強度先快速增加后快速降低。從圖1b可以看出，隨著DBP含量的增加，EP FRP的斷裂伸長率不斷增加。當(dāng)SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時，環(huán)氧玻璃鋼的斷裂伸長率先增大后變化不大。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)DBP含量為7%和15%時，環(huán)氧樹脂玻璃鋼的拉伸強度分別為58兆帕和74.2兆帕，當(dāng)SBS含量為7%時，拉伸強度分別為65.5兆帕的89%和113%。增韌劑質(zhì)量分數(shù)小于15%時，SBS改性環(huán)氧玻璃鋼的斷裂伸長率比SBS改性環(huán)氧玻璃鋼高23%以上。

2.2增韌劑用量對環(huán)氧玻璃鋼沖擊性能的影響

圖2顯示增韌劑用量對環(huán)氧樹脂玻璃鋼沖擊性能的影響。從圖2可以看出，隨著DBP用量的增加，EPFRP的沖擊強度呈緩慢增加的趨勢；當(dāng)SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時，環(huán)氧玻璃鋼的沖擊強度先增大后迅速減小。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)DBP含量為7%和15%時，EP FRP的沖擊強度分別為34.4kJ/m2和37.5 kJ/m2，分別比SBS含量為7%時的31.3 kJ/m2高10%和20%左右。

2.3增韌劑用量對環(huán)氧玻璃鋼硬度的影響

圖3顯示增韌劑用量對環(huán)氧玻璃鋼硬度的影響。從圖3可以看出，隨著DBP質(zhì)量分數(shù)增加到7%，EP FRP的硬度繼續(xù)降低，而DBP用量繼續(xù)增加，硬度幾乎不變。但當(dāng)SBS含量增加到15%時，EP玻璃鋼的硬度不斷下降，SBS含量不斷增加，硬度下降較少。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)DBP質(zhì)量分數(shù)為7%和15%時，EP FRP的肖氏硬度分別為83.4和82.8，相當(dāng)于當(dāng)SBS質(zhì)量分數(shù)為7%時的82.9。

2.4環(huán)氧玻璃鋼斷裂的微觀形貌分析

圖4是分別用DBP和SBS增韌的EP FRP的斷裂顯微照片。從圖4a和圖4b可以看出，當(dāng)DBP和SBS的質(zhì)量分數(shù)為1%時，EP FRP的斷裂表面非常光滑，呈現(xiàn)典型的脆性斷裂特征，而EP FRP的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度均處于低值。從圖4c和d可以看出，含7% DBP和SBS的EP FRP的斷裂面不如含1% SBS的光滑，出現(xiàn)少量韌性斷裂線，此時EP FRP的抗拉強度、斷裂伸長率和沖擊強度迅速增加；也可以看出，SBS增韌EP FRP中有很多SBS骨料。由于其體積小，這些彈性體的存在不會影響材料基體的強度，但在受到外力時容易變形和吸收能量，起到緩沖作用。從圖4e和f可以看出，DBP含量為31%的EP FRP的斷裂面具有較細的韌性斷裂線，EPFRP的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度在7%的基礎(chǔ)上進一步提高；另一方面，SBS質(zhì)量分數(shù)為31%的EP FRP的斷裂面可以看作是一個完整的SBS聚集區(qū)，占截面面積的1/3 ~ 1/2。由于SBS是一種強度很低的彈性體，其拉伸強度和沖擊強度急劇下降。

不難看出，增韌劑含量在7%左右時，DBP和SBS對EP FRP的增韌效果相當(dāng)，拉伸性能、沖擊性能和硬度值非常接近。但是DBP和EP的增韌機理不同。DBP由于相對分子質(zhì)量小，在EP固化前可以在分子鏈水平上與EP分子形成混合物，增加了EP分子鏈空之間的自由度，從而提高了EP FRP的韌性和強度。SBS作為一種聚合物增韌劑，只能以聚集態(tài)與EP基體混合，以SBS彈性粒子的形式分散在EP基體中，通過分散界面處的外力作用，達到增韌增強EP FRP的目的。

圖5顯示了含7%增韌劑的環(huán)氧樹脂玻璃鋼的斷裂形態(tài)。從圖中不難看出，DBP增韌的EP FRP基體具有韌性特征，DBP用量的增加將有利于EPFRP性能的提高；而SBS增韌EP FRP，基體中只有部分SBS彈性骨料。隨著SBS含量的增加，SBS會形成較大的相疇，表現(xiàn)出SBS的強度較差，從而降低EP FRP的強度。

質(zhì)量分數(shù)為7%的DBP和SBS對環(huán)氧樹脂玻璃鋼的增韌效果相當(dāng)。由于增韌機理不同，隨著用量的增加，DBP的增韌效果會進一步提高。而且DBP可以在更微觀的結(jié)構(gòu)層面上改變EP FRP的性能，使得材料在理論上更加穩(wěn)定。而DBP是一種小分子增韌劑，具有不可避免的流動性和揮發(fā)性的缺點，而SBS作為聚合物增韌劑則不具有這些固有的缺點。試圖改善SBS在EP基體中的分散性，減小SBS相疇的尺寸，可以增加SBS增韌EP FRP的強度，使取代DBP等小分子增韌劑在EP FRP中成為可能，增加EP FRP的穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

1)當(dāng)1)DBP和SBS的質(zhì)量分數(shù)為7%時，對EP FRP的增韌效果相當(dāng)。

2)DBP和SBS對EP FRP的增韌機理不同，導(dǎo)致當(dāng)質(zhì)量分數(shù)超過7%時，DBP對EP FRP的增韌效果進一步增強，而SBS的增韌效果逐漸變差。

3)理論上，結(jié)合試樣斷裂微觀形貌分析，提高SBS在EP基體中的分散度，減小SBS相疇尺寸，可以增加SBS增韌EP FRP的強度，使其取代DBP等小分子增塑劑在EP FRP中的應(yīng)用。