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1 前 言
长期以来, 在不饱和聚酯树脂生产及其成型工艺中, 特别是在敞模作业时, 夹入的空气时常困扰着生产厂家。这些气泡在诸如涂刷、喷射和玻纤润湿过程中难以排除, 致使凝胶固化后的产品中形成诸多气泡, 对树脂的操作性能以及最终产品的质量造成一定程度的不良影响。这种在生产过程中夹入的气泡, 一般是难以避免的, 它会带来下列后果: (1) 降低涂层(如胶衣) 的耐气候性和耐水性能; (2) 导致外观缺陷; (3) 降低玻璃钢制品的物理性能。如何解决这一问题, 我们可以通过添加专门的消泡剂来减少或消除上述现象。
2 消泡机理
液体有以最小比表面积形成稳定态的趋势(能量最低)。液体中夹入的气泡是处于高能态的, 就实际加工过程而言, 能量的输入和气泡的形成是由机械搅拌、喷射等原因造成的。因此, 若无其它因素影响, 夹入的气泡是能够快速逃逸出液体的。但气泡可通过所谓界面活性物质而稳定, 这种活性物质溶于液体并具有亲水和疏水的化学基团, 它们在空气- 树脂界面取向排列并通过静电力阻止小气泡聚结成大气泡, 如图1所示。
图1 界面活性物质稳定树脂中气泡
考虑气泡稳定性的另一个重要因素是气泡的尺寸大小和液体的粘度, 根据斯托克斯定律, 气泡上升到液体表面的速度与气泡的半径的二次方成正比, 而与液体的粘度成反比, 即:
V = r2/G
其中,V 为气泡上升速率; G为液体的粘度; r 为气泡的半径。
所以, 要加快脱泡的速度, 消除气泡, 除了某些机械作用如抽真空外, 还可通过下列手段加以提高: (1)消除界面活性物质; (2) 形成大气泡将加速上升逸出;(3) 降低液体或体系粘度。
消泡剂的作用就在于能够置换出空气- 液体(如树脂) 界面上的活性物质。它是通过如图2所示的三个步骤来帮助提高脱泡的速度, 以达到消泡的目的。作为一个有效的消泡剂的基本标准是: (1) 与所使用的体系具有受控性的不相溶; (2) 比体系低的表面张力; (3) 正的扩散系数。
图2 消泡剂作用的三个步骤
注: (1) 表示将稳定于树脂体系中的气泡置换出来; (2) 表示小气泡聚结成大气泡, 加快上升; (3) 表示气泡到达表面破裂。
不难看出, 对不同的液体必须正确选用合适的消泡剂以得到高的脱泡效果。例如, 在不饱和聚酯树脂应用中, 常采用BYK2A 555, 它是最新开发出的消泡剂,可用于各种不饱和聚酯树脂成型过程中的消泡。
3 测试与应用
各取200m l 不饱和聚酯树脂置于烧杯中, 1# 杯中未加消泡剂, 2# 杯中加入0. 2% BYK-A 555消泡剂。以高速分散机分别搅拌上述两个杯中的树脂(30～60s) , 将空气充分搅入树脂中, 观察两个杯中树脂的体积变化。结果为1# 杯中(不含消泡剂) , 体积上升到280m l, 为带入的空气所致; 2# 杯中(含有消泡剂) , 体积变化与1# 杯相比, 减少50% 以上。可以看出,BYK-A 555在加入到树脂中后立即生效, 即使在树脂搅拌过程中也显示出快速的脱泡效果。对胶衣来讲, 微气泡的产生通常发生在操作过程中, 造成小针孔, 引起外观缺陷并大大减低了胶衣的耐气候、耐水性能。通过使用消泡剂BYK-A 555, 几乎可消除所有气泡; 这无疑大大改善了制品的外观质量, 同时保证了所用胶衣达到其最大的耐气候、耐水性能。除上述典型例证外, 消泡剂对几乎所有敞模成型工艺都能带来益处。如在缠绕树脂中加入消泡剂BYK-A 555, 不仅可以减少气泡, 改善并加快对玻纤的润湿, 提高制品的机械强度, 还可节省约8% 的树脂。
4 结 论
消泡剂能够加快不饱和聚酯树脂中气泡的脱泡速度, 通过添加消泡剂来解决应用过程中的气泡问题, 是一种便捷有效的方法。重要的是应选用得当的消泡剂以达到最佳效果。BYK-A 555是一种专门用于不饱和聚酯树脂的高效消泡剂, 可用于所有应用领域。消泡剂的使用减少了废品、次品, 改善并提高了最终产品的质量。
