移动通信基站玻璃钢天线罩拉挤成型树脂固化工艺研究

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摘要：本文利用气相色谱法，通过测定玻璃钢拉挤成型制品中苯乙烯含量，表征该制品中不饱和树脂的固化程度。研究不同引发剂体系和固化条件对树脂固化度，玻璃化转变温度Tg和拉伸强度、弯曲强度的影响。实验表明，不改变引发剂用量下，提高组合引发体系中高活性引发剂的比例，能提高固化度、进而提高Tg和弯曲强度。

关键词：拉挤；玻璃钢；不饱和树脂；固化度

拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维、带、布或毡等，在牵引力作用下通过模具挤压、固化，连续不断生产长度不限的玻璃钢型材的一种成型工艺。适合于生产各种断面形式的玻璃钢型材，如管、棒、实体型材（工字型、槽型、方形）和空腹型材（门窗型材、叶片）等，具有制品性能稳定、生产效率高、纤维含量高、成本较低等优点，已经得到广泛的应用[1-3]。

采用拉挤成型工艺生产的玻璃钢天线罩由于具有透波性好、耐候性好，绝缘、重量轻、强度高、尺寸稳定和生产效率高等优点，目前已广泛用于无线移动通信基站天线的保护外壳等多个领域[4]。

玻璃钢天线罩一般以玻璃纤维纱、玻璃纤维毡、不饱和聚酯树脂为主要原料。不饱和聚酯树脂的固化度越高，玻璃钢制品的力学性能、电性能越好；同时，产品中残留的苯乙烯含量越低，使用过程中的苯乙烯排放越小，对环境保护是有利的[5]。

对于拉挤成型工艺，由于树脂在模具中的固化时间短，其固化度往往难以达到较高水平。本文从实际工作出发，对工艺进行了一些改进，取得了较为理想的效果。

1实验部分

1.1 实验原料

不饱和聚酯树脂HS-2252，常州华科聚合物股份有限公司；颜料糊，常州华科聚合物股份有限公司；脱模剂BST-T5，常州百思通复合材料有限公司；无碱无捻玻璃纤维拉挤纱，重庆国际复合材料有限公司；BUTANOX M50过氧化甲乙酮（MEKP），阿克苏诺贝尔；PERKADOX CH50过氧化苯甲酰（BPO），阿克苏诺贝尔；TRIGONOX HM过氧化异丁基甲基甲酮（MIBKP），阿克苏诺贝尔；TRIGONOX C过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），阿克苏诺贝尔。

1.2 实验仪器

气相色谱仪，日本岛津；差式扫描量热分析（DSC），日本精工；万能材料试验机，深圳新三思；电子分析天平，梅特勒-托利多。

1.3 实验方法

由于不饱和聚酯树脂的固化过程属于自由基聚合反应，其固化度主要与转化率有关，其固化产物是高聚物、单体和少量活性中心的混合物。固化度越高，其中单体含量越低，所以可以通过测试固化后的产品中的苯乙烯残留量来评价树脂的固化度[6]。

本文通过采用不同配方及工艺参数进行拉挤试验，测定产品中残留苯乙烯含量来评价树脂的固化度。

残留苯乙烯含量的测试方法按照《GB/T 14520-1993气相色谱分析法测定不饱和聚酯树脂增强塑料中的残留苯乙烯单体含量》标准，通过气相色谱仪，采用GC-FID，测定二氯甲烷提取固化物中的苯乙烯含量。

同时，测定不同固化度的玻璃钢拉挤制品的玻璃化转变温度（Tg）以及力学性能，评价固化度对玻璃钢拉挤天线罩的性能影响。

Tg的测定，使用DSC法，扫描速度为10°C/min。

力学性能按照《GB/T 1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法》、《GB/T 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法》，采用万能材料试验机进行测定。

2. 实验结果与讨论

2.1 不同引发剂对树脂固化度的影响

通过改变不同引发剂种类，保证引发剂的总含量不变，分别按以下配方配制树脂糊（添加量按有效成分计算），采用拉挤工艺制作样品，测定其残留苯乙烯含量，优选出最适合的配比。

拉挤工艺参数为，中区温度140℃，拉挤速度0.5m/min。

由此可以看出，在维持引发剂的总添加量不变的情况下，使用高活性的引发剂来替代TBPB，可以有效的提高玻璃钢拉挤制品的固化度。其中，以MIBKP效果最好，BPO和MEKP效果相当，MEKP略好。

2.2 不同固化度玻璃钢制品的玻璃化转变温度

取2.1所述不同配方制得的玻璃钢样品，放置到标准铝坩埚中，使用DSC测定其玻璃化转变温度（Tg），测试结果如下：

由此可以看出，玻璃钢制品的固化度越高，其玻璃化转变温度越高。

2.3不同固化度玻璃钢制品的力学性能

取2.1所述不同配方制得的玻璃钢样品，按标准要求加工成标准试样，测试其拉伸强度和弯曲强度，结果如下：

图 2不同残留苯乙烯含量玻璃钢制品的力学性能

上述数据可以看出，随着固化度的提高，制品的弯曲强度明显提高；但拉伸强度提高得不是很明显。这是由于，玻璃钢的拉伸强度主要由增强纤维提供，树脂固化度的提高，并不能明显改善其拉伸性能；而弯曲性能是评价玻璃钢制品综合力学性能的一个指标，树脂的固化度越高，增强纤维的性能越能有效发挥，因此其弯曲强度也越高。

2.4 不同温度对树脂固化度的影响

由以上实验已知，3号配方的残留苯乙烯含量最低。因此，全部以3号配方，分别按以下不同模具温度，采用拉挤工艺制作样品，测定其残留苯乙烯含量。

由以上数据可知提高各区固化温度能显著提高降低拉挤制品中苯乙烯的含量，提高固化度。这是因为拉挤速度不变，提高固化温度能提高树脂固化反应速率，即在相同的时间下提高了树脂的固化反应程度。

3. 结论

（1）过氧化异丁基甲基甲酮与过氧化苯甲酸叔丁酯的协同固化体系，有利于提高拉挤工艺中，不饱和聚酯树脂的固化度。

（2）不饱和聚酯树脂的固化度越高，其玻璃钢制品的玻璃化转变温度越高。

（3）不饱和聚酯树脂的固化度，对其玻璃钢制品的弯曲强度有明显影响，对拉伸性能影响不大。

（4）成型温度越高，树脂的固化度越高，但是过高的成型温度是拉挤成型工艺所不能接受的；所以，应在工艺能够接受的范围内，尽量提高成型温

参考文献

[1]沃丁柱主编.复合材料大全[M].1998.

[2]刘雄亚，射怀勤主编.复合材料工艺及设备[M].1994.

[3]岳红军主编.玻璃钢拉挤工艺与制品[M].1995.

[4]赵旭.第三代移动通信基站天线设计与实现.南京理工大学硕士学位论文.

[5]潘祖仁主编.高分子化学[M].2008.