环氧基纤维增强复合材料的应用(3)

环氧树脂作为纤维增强复合材料进入化工防腐领域，是以环氧乙烯基酯树脂形态出现的。它是双酚A环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制成，环氧树脂质量分数达0.5，目前全国该树脂产量(包括部分进口)达到8000t/a，所需环氧树脂达4000t。这类树脂既保留了环氧树脂基本性能，又有不饱和聚酯树脂良好的工艺性能，所以大量运用在化工防腐领域：①化工管道、贮罐内衬层，②电解槽，③地坪，④电除雾器及废气脱硫装置，⑤海上平台井架，⑥防腐模塑格栅，⑦阀门、三通连接件等。为了提高环氧乙烯基酯树脂优越的耐热性，防腐蚀性和结构强度，该树脂还不断进行改性，如经酚醛，澳化、增韧等各种改性，该类树脂大量运用于大直径风叶、磁悬浮轨道增强网、赛车头盔、光缆纤维牵引杆等。

 

我国环氧乙烯基酯树脂早在1970年代，由华东理工大学周润培教授发明，以后华昌聚合物公司成为国内环氧乙烯基酯树脂生产的领头羊。此外，在应用领域中，江苏宜兴化工成套设备有限公司是一个具有自主创新能力的国内典型的防腐工程企业，1990年代，该企业与贵冶共同研制了玻璃钢电除雾器，实现以产项进，为国家节约大量外汇，受到冶金部表彰。该企业环氧乙烯基酯树脂用量达800t/a，是DSM、DOW化学、华昌公司的典型客户，其业绩覆盖了全国80%的冶炼企业，成为全国冶炼行业防腐工程先进典型。

 

环氧树脂用于建筑结构工程补强在国外是1980年代发展起来的，主要对桥梁，电站、水利工程及古建筑修补。它是碳纤维增强环氧树脂补强混凝土结构物以此来保护结构和延缓建筑物寿命。日本神户大地震和台湾9·21大地震后的建筑物修补，大量采用了环氧基碳纤维和芳纶材料，以后，为大面积建筑补强提供众多案例。我国天安门城楼、劳动人民文化宫、中国历史博物馆、葛洲坝船闸、武汉长江二桥等，都采用了环氧基碳纤维修补工程。

 

我国环氧基碳纤维补强工程始于冶金部北京建筑研究院建筑结构设计所，10多年来，全国巳发展到数十家工程设计单位和补强工程公司。台湾上纬公司西移上海后，向国内传诹松衔彻?驹?．21大地震后，参与古建筑修补工程的经验和案例。据国外报导，环氧基碳纤维材料强度高、质量轻，具有较强的变形性能，从而能在各种形状的结构物上进行修补，适用面广．由于此材料的柔顺性，即被加固结构的表面不是非常平整，也基本可达到1OO%的有效粘贴率。

 

据有关信息，美国肯塔基大学市政工程教授伊擞姆·哈里克对环氧基碳纤维补强进行了深入研究，发明了一种哈里克研究方法，可以给老桥梁以新的生命。工程师们在肯塔基东部—名为格雷逊桥的桥上进行试验。这座桥梁是美国的“豆腐渣工程”，才建10a就发现由于结构钢筋密度不够，整个结构强度低于设计要求，桥身迅速出现裂纹。按照传统的方法，整个桥梁结构必须在3-4a内彻底重建．而如今，施工人员只需在桥跨的钢粱上用环氧树脂粘一薄层碳纤维，然后在碳纤维外面再涂上一层保护性的环氧树脂，桥梁的加固和延寿就可完成，整个过程犹如贴墙纸一般方便，而且不影响交通。工程人员说，这样处理后，一座“豆腐渣桥”至少还可用50a。美国科学家说，用环氧基碳纤维可以使老桥符合新标准。

 

我国环氧基纤维增强复合材料的应用面如此宽广，而且以其高强、轻质和多功能特性在众多复合材料领域中拔头筹，这与环氧树脂优越的性能密不可分。目前国内外作为纤维增强用环氧树脂的形态有4个方面：一是对现有双酚A环氧树脂的改性。如提高耐热、瞬间烧蚀性能的酚醛环氧，为提高阻燃性能的溴化环氧，通过改性的柔性双酚A环氧和高透明双酚A环氧等，在这个领域中，壳牌化学、DOW化学、Ciba-Geigy等引领世界环氧品牌的潮流。我国兰星无锡树脂厂、岳化总厂等也紧步跟上；二是环氧乙烯基酯树脂的研发应用。这类树脂于20世纪60年代获得迅速发展，先后由壳牌、DOW化学等推出品牌，以后相继推出这类树脂有日本昭和、美国Ashland、荷兰DSM，中国华昌、中国台湾上纬等，目前，全国有生产乙烯基酯树脂企业近20家，其中外资独资企业4家，国内企业10多家，生产能力>1万t/a；三是开发双酚F环氧树脂．双酚F环氧树脂除具有双酚A环氧树脂的一切优良特性外，独特的性能是其粘度远低于双酚A环氧树脂，粘度只有双酚A环氧树脂的14%～25%，使用中不儒要加入溶剂或活性稀释剂。固化后的双酚F环氧树脂较双酚A环氧树脂具有更好的耐溶剂性和力学性能。日本DIC最近开发了具有液状低聚型双官能团分子结构环氧树脂，具有粘度低和粘接力高等特性，主要用于尖端材料、涂料、粘结剂和碳纤维复合材料；四是开发新型固化剂。

 

以环氧基纤维增强复合材料为重点的高性能材料在我国崛起不久，任重道远，在今后3～5a时间内，我国环氧树脂将进入一个关键发展时期。国内巨大的市场需求而对环氧类树脂基体和高性能增强纤维研发生产滞后造成的缺口，将明显制约这一重要新材料的发展。因此，集中大企业优势，集中人材优势，借助国外技术和我国自主技术，大力发展高性能环氧树脂和高性能纤维及其产业，势在必行，这对提升我国整体经济实力，参与国际竞争具有重要的战略意义。