將夜光劑添加到環氧樹脂中，采用多層復合拉擠成型制得了夜光EP/GF復合材料。通過對復合材料夜光性能、耐水發光性能及力學性能的研究，結果表明：復合材料夜光劑的用量在10phr左右、表層厚度為0.10mm時，具有長余輝、耐水沖洗、黑夜白天交替的發光性能。

 

　　關鍵詞：環氧樹脂|玻璃纖維|多層復合|拉擠成型|輝度

 

　　環氧樹脂/玻璃纖維復合材料(EP/GF)具有質量輕、 強度高、 模量大、 耐化學腐蝕性好、電性能優異、原料來源廣泛、工藝性好、生產效率高等特點，廣泛應用于交通運輸、建筑、化工、電器和基礎設施等領域，如經拉擠成型制作各種型材，用于橋梁拉索、高速公路柵欄、艦用桅桿、電解槽內支架、軌道圍欄和陽臺扶手等;通過模壓成型可制作防彈頭盔、油缸缸筒、各種耐腐蝕、耐高溫及耐壓制品等。

 

　　目前國內外對發光塑料的研究有很多，發光塑料品種層出不窮，但對夜光EP/GF復合材料的研究還未見報道，本文作者將長余輝夜光劑添加到環氧樹脂中，采用多層復合拉擠成型制得了夜光EP/GF復合材料，該材料除具有復合材料高強、耐腐等良好性能外，還具有長效、耐水的夜間發光性能，用作道路、橋梁柵欄、艦用桅桿以及交通標識材料等，在夜間有著良好的安全警示作用。

 

　　試驗部分

 

　　樹脂: 雙酚A 型環氧樹脂，WSR615，無錫藍星石油化工有限責任公司;

 

　　固化劑: 4，4'二氨基二苯甲烷，湖北洪湖雙馬樹脂廠;

 

　　玻璃纖維: 無捻玻璃纖維、玻璃纖維布;長沙玻璃纖維總廠;

 

　　表面處理劑：681，無錫藍星石油化工有限責任公司;

 

　　夜光劑：KYD-7B-A，深圳市耀德興科技有限公司;

 

　　二甲基硅油：蚌埠市鴻富有機硅有限公司。

 

　　主要試驗設備與儀器

 

　　玻璃鋼拉擠成型機：天津市邦尼玻璃鋼科技有限公司;

 

　　亮度計: LX-100型，日本美能達公司;

 

　　照度儀: LX1010BS，蘇州市華宇凈化設備有限公司;

 

　　電子式萬能試驗機: WDS-100型,濟南試驗機制造廠。

 

　　復合材料的制備

 

　　★ 夜光劑的包覆處理與樹脂膠的制備

 

　　將夜光劑、二甲基硅油等按5∶3的比例配制，并在一定溫度下充分混合均勻，使夜光劑顆粒表面形成硅油膜層。

 

　　將環氧樹脂、固化劑、包覆處理夜光劑及其它助劑按比例混合，配制成夜光樹脂浸漬膠。

 

　　將環氧樹脂、固化劑、及其它助劑按比例混合，配制成無捻玻璃纖維紗及玻璃纖維布的樹脂浸漬膠。

 

　　★ 復合材料的制備過程

 

　　先將玻璃纖維布及無捻粗紗在120℃左右的溫度下，充分干燥，再用表面處理劑對其表面進行處理，干燥后，將表面處理的無捻粗紗用作復合材料的內層材料。將玻璃纖維布在夜光樹脂膠中充分浸漬，干燥后，用作復合材料的發光層材料。將玻璃纖維布在樹脂膠中充分浸漬，干燥后，用作復合材料的表層材料。然后將內層、發光層、表層材料復合進入拉擠成型模具進行固化成型，經牽引、切割，即可得制品。其工藝流程如圖1所示。

　　★ 復合材料制備的主要工藝控制

 

　　拉擠成型模具溫度：預熱段120℃~125℃;膠凝段150℃~155℃;固化段180℃~185℃。

 

　　拉擠速度：100mm/min~120mm/min,

 

　　性能測試

 

　　高強度光激發的夜光性能：將標準樣片置于暗處消光24h，用輝度儀測試輝度及余輝時間。

 

　　低強度光激發的夜光性能：將標準樣片置于暗處消光48h，用照度為25lx的光照射15min，用輝度儀測試輝度及余輝時間。

 

 

　　彎曲性能按GB/T1449-1983測試;拉伸性能按GB/T1447-1983測試;壓縮性能按GB/T5258-1985測試;縱橫剪切性能按GB/T3355-1982測試;拉伸剪切強度按 DHN1.015-240測試。

 

　　★ 耐水發光性能測試

 

　　將試樣置于高壓水下沖刷48小時，置于暗處消光24h，用照度為1000 lx的光照射10min，用輝度儀測試輝度及余輝時間。

 

　　試驗結果與討論

 

　　夜光性能

 

　　將表層厚度為0.10mm復合材料試樣放置在暗處消光后，分別用高強度光和低強度光進行激發，用輝度儀測量不同夜光劑含量復合材料的發光性能如表1所示。從表1可以看出,在復合材料中夜光劑含量越多，復合材料的初始發光強度和余輝值越高，但當加入量從10 phr增大至15phr以后，初始發光強度和余輝值的增大趨于減緩。這主要是由于復合材料的發光亮度是取決單位面積包含的發光劑的數量。當夜光劑含量增加時，單位面積包含的發光劑的數量也在增加;但夜光劑含量較高時，一部分發光劑顆粒會被周圍的發光劑顆粒遮擋，不能有效的吸光和發光，因而不能都作為有效的發光體，故此時雖夜光劑含量增加，但材料中單位面積內包含的有效發光劑的數量增加并不大，因此過高的夜光劑含量對于增加有一定厚度的復合材料的發光強度來講，意義并不大。從成本和亮度兩方面綜合考慮,復合材料中夜光劑的含量在10 phr左右最適宜。

 

 

　　從表1還可以看出，復合材料在低強度和高強度光的激發作用下，都有較好的發光性能，但激發光強度越高時，復合材料的輝度越大，這主要是由于在高強度光的作用下，夜光劑吸收的能量也越多，會使更多的基態電子激發到高能態，而從高能態回到激發態的電子越多時，發出光的輝度越大。但由于完全黑暗處人眼可見的余輝強度為0.32mcd.mm-2，從表1可以看出，夜光劑的含量為10 phr的復合材料即使在低強度光的激發下，經720 min后，輝度值仍有47 mcd.mm-2，說明該復合材料完全可作為黑夜白天交替的發光材料。

　　★ 復合材料表層厚度對發光性能的影響

 

　　表2為不同表層厚度的復合材料在高強度光激發下，不同時間后的輝度值。從表2可以看出，復合材料表層厚度對其發光性能有一定的影響，當表層厚度為0(即沒有表層)時，材料的初始輝度和余輝值都較小，當表層厚度增加時，輝度值增加，當表層厚度超過0.10 mm以后，輝度值減小了。這主要是由于當表層厚度較小或沒有時，玻璃纖維布上浸漬的夜光劑樹脂膠復合、拉擠成型時，一方面由于受到設備、模具的刮削作用，而使部分夜光劑掉落。另一方面由于夜光劑受到機械磨損，表面被金屬雜質污染，從而影響其材料的發光性能。當在夜光層表面復合一表層后，即防止了夜光劑被設備、模具刮落、污染，從而復合材料的輝度增加。但當表層厚度過大時又對夜光劑的發光有一定的阻擋作用，從而又使復合材料的輝度下降。綜合考慮，表層厚度為0.10mm時較佳。