實際應(yīng)用中對于樹脂的選擇有以下幾個因素:
1. 粘結(jié)性能
2. 機械性能
3. 耐水解性能
4. 滲透性
1、粘結(jié)性能
樹脂粘結(jié)性能的好壞決定了機械性能是否能被充分發(fā)揮出來,在夾芯結(jié)構(gòu)中樹脂和纖維及芯材的粘結(jié)性能非常重要,在上述的三種主要樹脂中,聚酯樹脂的粘結(jié)性能最低,乙烯基酯樹脂的粘結(jié)性能高于聚酯樹脂,環(huán)氧樹脂的粘結(jié)性能最佳,被廣泛地用于制造高強度粘合劑。環(huán)氧樹脂的高粘性來自于極性羥基的存在,由于環(huán)氧樹脂的低收縮率使得固化過程中樹脂和粘接面不會發(fā)生分離。環(huán)氧樹脂優(yōu)異的粘結(jié)性能非常適合于蜂窩結(jié)構(gòu)的制造,因為蜂窩結(jié)構(gòu)中粘接面積較小,所以對粘合劑的強度要求更高。樹脂和纖維之間的結(jié)合性能不完全取決于樹脂的粘結(jié)性,還與纖維表面處理方法有關(guān)。
2、機械性能
對于樹脂基體而言最為重要的兩個機械性能指標(biāo)就是拉伸強度和模量,下圖所列是常見的商業(yè)化聚酯樹脂,乙烯基酯樹脂和環(huán)氧樹脂的性能比較,分別在20度和80度溫度下固化。
從圖中可以看出,經(jīng)過7天固化后環(huán)氧樹脂得到了最高的拉伸強度和模量。同時也可以看到80度下的后固化對性能產(chǎn)生了顯著影響。
對于設(shè)計人員而言樹脂的收縮率也是必須考量的因素,收縮的原因是由于處于液態(tài)或半凝膠態(tài)時樹脂分子結(jié)構(gòu)的重新排列和重新取向。聚酯和乙烯基酯固化時需要較大的分子結(jié)構(gòu)變化來達到完全固化,因此固化后收縮率較大,最高可達8%。而環(huán)氧樹脂的固化分子結(jié)構(gòu)變化較少,且沒有揮發(fā)性副產(chǎn)物產(chǎn)生,因此收縮率只有2%左右。低收縮率也幫助了機械性能的提高,因為由高收縮率產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會嚴重削弱材料的承載能力。另外高收縮率還會在固化后的部件表面形成織紋,從而增加了去除織紋的工作,導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的增加。
3、耐水解性能
對于所有樹脂材料,抵抗吸水后降解的性能好壞至關(guān)重要,尤其是對于造船行業(yè)而言。在實際使用中所有的樹脂材料都會吸附一定的水汽,關(guān)鍵之處就在于吸附的水汽對纖維和樹脂的結(jié)合性能以及機械性能產(chǎn)生了怎樣的影響。乙烯基酯和聚酯因為有酯基的存在而顯著降低了耐水性能。例如薄層聚酯玻璃鋼在水中浸泡一年后其層間剪切強度只能保持65%,而環(huán)氧樹脂可以保持90%。
上圖顯示了水中浸泡對編織玻纖增強不同樹脂玻璃鋼材料性能的影響。所有試樣在100度熱水中浸泡,高溫浸泡加快了降解速度。
4、滲透性
在潮濕環(huán)境下都會有少量的水以水汽形式透過玻璃鋼層壓板,水氣穿過時與可水解組分發(fā)生反應(yīng)形成微小的濃縮溶液,在反復(fù)的滲透循環(huán)中,更多的水汽透過半透膜進入層壓板稀釋濃縮溶液。水汽的進入使得孔隙內(nèi)壓力增加到700 psi,最后這些壓力釋放出來導(dǎo)致層壓板開裂或膠衣層氣泡缺陷,導(dǎo)致表面產(chǎn)生疹狀缺陷??伤饨M分包括織物中的異物和聚酯樹脂與乙烯基酯樹脂中的酯鍵。
為了阻止水汽向內(nèi)部滲透,必須選擇水傳遞速率低,耐水解性高的樹脂。同時對增強織物表面進行充分的防水處理后,便可以消除這一問題。含有環(huán)氧鏈段的聚合物通常會具有較高的防水性,同時具有較高的機械性能。