引　言

玻璃鋼因設(shè)計(jì)靈活、易成型、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航海、交通、建筑、電子環(huán)保、化工及礦山等行業(yè)，已成為一種不可替代的功能性材料。但隨著玻璃鋼用量不斷增加，玻璃鋼廢棄物數(shù)量也急劇增加，目前，我國生產(chǎn)的玻璃鋼制品多為熱固性玻璃鋼(FRP)，它不易降解及回收，其傳統(tǒng)的處理方法是掩埋和焚燒，但由于這些廢料深埋百年不腐，掩埋要占用大量的土地且污染地下水，而焚燒產(chǎn)生的黑煙和有毒氣體既污染環(huán)境又危害人體健康，且處理費(fèi)用較高，處理量有限，遠(yuǎn)不能滿足玻璃鋼廢棄物數(shù)量劇增的要求。因此，廢棄玻璃鋼的回收利用及合理處置已成為我國玻璃鋼行業(yè)亟待解決的問題，對(duì)玻璃鋼行業(yè)的生存與發(fā)展具有重大而深遠(yuǎn)的意義。
　　本文以廢玻璃鋼粉為填料，制備廢玻璃鋼粉／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。利用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)廢玻璃鋼粉表面進(jìn)行有機(jī)化處理，以提高廢玻璃鋼粉在體系內(nèi)分散的均勻性，增加廢玻璃鋼粉與基體樹脂兩相間的界面結(jié)合能，并通過配方設(shè)計(jì)，使廢玻璃鋼粉填充至復(fù)合材料中能達(dá)到一定的增強(qiáng)增韌效果，制備出綜合性能良好的復(fù)合材料。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要原料

　　環(huán)氧樹脂(EP)：E-51，南京緯地化工有限公司；廢玻璃鋼粉(WFRPP)：不飽和聚酯玻璃鋼廢棄物，常州科盛達(dá)玻璃鋼制品有限公司；改性胺固化劑593：工業(yè)品，上海錦悅化工有限公司；端環(huán)氧基液體丁腈橡膠(ETBN)：工業(yè)級(jí)，丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)25％，環(huán)氧值0.0625，北京德沃特化工科技有限公司；硅烷偶聯(lián)劑：KH550，工業(yè)品，杭州沸點(diǎn)化工有限公司。

       1.2要儀器

　　超聲波清洗機(jī)，RZB-600，張家港市銳志超聲科技公司；平板硫化機(jī)，QLB-25D／Q，無錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠；萬能制樣機(jī)，ZHY-W，河北省承德試驗(yàn)機(jī)廠；微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，CMT4204，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，ZBC1501-2，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；電子掃描顯微鏡，Hitachi S-4800，日本日立公司。

      1.3基本配方

　　廢玻璃鋼粉50份，環(huán)氧樹脂E-51變量，改性胺固化劑593，用量為EP質(zhì)量的25％，端環(huán)氧基液體丁腈橡膠變量，硅烷偶聯(lián)劑KH550變量。

      1.4試樣制備
      1.4.1廢玻璃鋼粉的有機(jī)化處理

　　廢玻璃鋼粉由不飽和聚酯固化顆粒(內(nèi)含玻纖，200目)及磨碎短玻纖(1～3 mm)構(gòu)成，廢玻璃鋼粉直接填充至環(huán)氧樹脂中相容性不好，因此，需先對(duì)廢玻璃鋼粉進(jìn)行表面處理。將KH550按廢玻璃鋼粉用量的一定比例配制成無水乙醇溶液，加至廢玻璃鋼粉中，再放入超聲波清洗機(jī)中進(jìn)行超聲處理。調(diào)整超聲波工作條件：工作時(shí)間60 s，間歇時(shí)間20 s，工作次數(shù)30次，功率600 W左右，總處理時(shí)間40 min。處理后取出晾干，置于90℃的烘箱中干燥2 h，備用。

       1.4.2WFRPP／EP復(fù)合材料的制備

　　按比例稱取一定量的環(huán)氧樹脂及處理后的廢玻璃鋼粉，將廢玻璃鋼粉加入環(huán)氧樹脂中攪拌5 min后，依次加入增韌劑和固化劑，高速攪拌至各組分分散均勻，置于真空干燥箱中去除氣泡，倒入模具室溫固化1 d，然后再在100℃、6 MPa下熱壓固化30 min，冷壓30 min脫模取樣。用萬能制樣機(jī)制得測(cè)試樣條，以備測(cè)試。
1.5　性能測(cè)試及斷面形貌分析

　　拉伸性能按GB／T 1447—2005進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸為：長(zhǎng)150 mm、寬10 mm、厚4 mm，拉伸速率為5 mm／min；沖擊強(qiáng)度按GB／T 1043—1993測(cè)試，簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，無缺口試樣，跨距為60mm；彎曲性能按GB／T 1449—2005測(cè)試，采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，跨距為60 mm，試驗(yàn)速率為2 mm／min。
　　斷面形貌分析：將沖擊試樣斷面采用粒子濺射儀鍍一層金膜，用電子掃描顯微鏡觀察復(fù)合材料斷面的微觀結(jié)構(gòu)。

2　結(jié)果與討論
       2.1　WFRPP／EP配料比對(duì)復(fù)合材料性能的影響

　　對(duì)于WFRPP／EP復(fù)合材料來說，廢玻璃鋼粉與樹脂的配料比顯的尤為重要。樹脂量太少，不能對(duì)廢玻璃鋼粉形成完全包覆，表面光澤性差；樹脂量太多，表面光澤性很好，但制品很脆。另外，WFRPP／EP配料比不同，對(duì)復(fù)合材料的其它力學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生較大的影響，如表1所示。
     
　    由表1的結(jié)果可知，隨著WFRPP／EP配比減小，即廢玻璃鋼粉用量的相對(duì)減少，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度皆呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)閺U玻璃鋼粉是由磨碎短玻纖和熱固性樹脂的微粒組成，當(dāng)廢玻璃鋼粉用量較少時(shí)，磨碎短玻纖主要起增強(qiáng)作用，而熱固性樹脂微粒也能起到一定的增強(qiáng)和增韌效果。但因廢玻璃鋼粉用量太少，磨碎短玻纖和熱固性樹脂微粒達(dá)不到理想分散，對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌效果不佳。有當(dāng)廢玻璃鋼粉用量大于一定值時(shí)，隨著廢玻璃鋼粉用量增大，較多的磨碎短玻纖能形成密度較大的“纖維帶”，有效抑制基質(zhì)形變，阻礙裂紋發(fā)展，而其中的熱固性樹脂微粒在復(fù)合材料受外力作用產(chǎn)生塑性形變時(shí)，也能有效地抑制基體樹脂裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)吸收部分能量，從而在起到增強(qiáng)作用的同時(shí)也能起到增韌作用。但廢玻璃鋼粉用量過多，基體樹脂難以浸透磨碎短玻纖，另外過多的磨碎短玻纖和熱固性樹脂微粒也會(huì)團(tuán)聚堆積，使得復(fù)合材料局部不均，形成應(yīng)力缺陷，導(dǎo)致制品的力學(xué)性能下降。

       2.2　偶聯(lián)劑用量對(duì)復(fù)合材料性能的影響

　　偶聯(lián)劑用量以相對(duì)于廢玻璃鋼粉質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計(jì)，不同含量的偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)合材料性能的影響如表2所示。
    
      廢玻璃鋼粉填充至環(huán)氧樹脂中能否起到增強(qiáng)增韌效果，主要依賴于廢玻璃鋼粉與樹脂的牢固粘結(jié)及相容性，使環(huán)氧樹脂不能承載的負(fù)荷或能量轉(zhuǎn)移到支承的磨碎短玻纖或熱固性樹脂微粒上，負(fù)荷從局部傳遞到較大的范圍甚至整個(gè)物體。如果粘結(jié)性不好，則基體樹脂就不能將承受的應(yīng)力傳遞到磨碎短玻纖和熱固性樹脂微粒上，廢玻璃鋼粉就發(fā)揮不了增強(qiáng)增韌作用。

　　由表2結(jié)果可知，當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑用量較少時(shí)，廢玻璃鋼粉表面沒有得到充分有機(jī)化處理，廢玻璃鋼粉與基體樹脂之間的相容性、親和性不佳，造成廢玻璃鋼粉／環(huán)氧樹脂界面強(qiáng)度低，在外力作用下，容易使界面脫粘，從而使廢玻璃鋼粉不能充分發(fā)揮增強(qiáng)增韌作用。當(dāng)KH550用量達(dá)到廢玻璃鋼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5％時(shí)，廢玻璃鋼粉與基體樹脂能很好的融合在一起，復(fù)合材料界面粘結(jié)良好，并形成一定厚度的界面層，在受到外力作用時(shí)，界面層起到很好的應(yīng)力傳遞作用，廢玻璃鋼粉承擔(dān)了大部分載荷，充分發(fā)揮了廢玻璃鋼粉的增強(qiáng)增韌作用。偶聯(lián)劑KH550對(duì)廢玻璃鋼粉進(jìn)行表面處理時(shí)，會(huì)與廢玻璃鋼粉產(chǎn)生有機(jī)化反應(yīng)，并在廢玻璃鋼粉表面形成一層有機(jī)膜，用量過多時(shí)，膜層厚度不均，且易使廢玻璃鋼粉與基體樹脂之間形成的界面層較厚，使得應(yīng)力從基材傳到增強(qiáng)劑的距離增大，容易形成應(yīng)力不均或應(yīng)力集中，造成局部破壞或脫絲瑚象，表現(xiàn)為復(fù)合材料力學(xué)性能下降。