随着水处理行业急剧发展,环保型玻璃钢/聚乙烯复合结构水处理容器用途日益广泛。水处理容器采用聚乙烯(PE)作为内胆,壳体采用玻璃纤维/不饱和聚酯树脂(UPR)湿法经纵、环向缠绕而成,缠绕壳体厚度约l~3ram。复合结构水处理容器结构形状示意图见图l。聚乙烯塑料因卓越的耐化学腐蚀性、良好耐冲击性能、成本低廉及成型加工简便是作为水处理容器内胆的首选材料。不饱和聚酯树脂具有较优良力学性能、耐化学腐蚀性能,且价格低,加工工艺简便,常温、常压下固化成型无副产物,粘度较低等特点适合水容器纤维缠绕成型,它能充分发挥树脂基体中连续纤维的高强特性。纤维缠绕结构的方向强度比可根据结构要求进行设计。通过严格控制线型和纤维方向,使得全部主应力均由受拉纤维承担,在结构的任何方向上,载荷要求的强度都能与材料提供的实际强度相适应,从而获得复合结构型高强度内压力容器,满足设计、使用要求聚乙烯作为水容器内胆使用时,不可避免地涉及到PE塑料同缠绕层之间的粘接问题。PE属于难粘材料,表面呈惰性,目前极少有特效胶粘剂能够卡占牢聚乙烯。UPR因固化后收缩率很大,粘接性差,无法作为PE胶粘剂使用,因此缠绕复合材料壳体很快与PE内胆脱粘、分离,导致复合结构水容器受力时内胆和壳体无法协同受力。相互间界面分离对其使用性能影响很大。
国外水处理容器内胆常采用ABS、PE材料,壳体采用环氧树脂/玻璃纤维缠绕而成,由于其内胆上涂有一种专用胶粘剂,又因ABS和环氧树脂粘接性能很好,所以国外水处理容器对此脱粘问题解决得很好。
内胆与缠绕层之间良好粘接既能提高复合结构的韧性和耐冲击性能,又能保证刚性和强度。还有利于提高水容器外观质量、使用寿命及缠绕层力学性能发挥有很重要意义。据了解目前国内水处理容器厂家至今均没有解决此脱粘难题。
1脱粘原因分析
经分析将水处理容器内胆/缠绕层脱粘主要原因归纳为以下三点:
1.1聚乙烯塑料自身的难粘性
聚乙烯塑料属于难粘材料,主要是由以下原因造成的:a)表面能低,临界表面张力只有(3l~34)×10~N/cm,因而其水接触角大,印墨、胶粘剂不能充分润湿PE基材。b)聚乙烯是非极性高分子材料,分子上没有任何极性基团,结构对称性好,胶粘剂吸附在其表面,只能形成较弱的色散力。c)聚乙烯结晶度高,化学稳定性好,溶胀和溶解比非结晶高分子困难,当溶剂性胶粘剂涂在其表面,很难发生高聚物分子链成链或相互扩散、缠结。d)聚乙烯表面存在弱边界层,弱边界层的存在造成材料表面粘接性差。
综上所述,聚乙烯粘接性能极差,且目前市面很少发现有特效胶粘剂能够粘牢聚乙烯。
1.2不饱和聚酯树脂粘接性差
UPR因固化后收缩率很大,故粘接性很差,通常很少作为胶粘剂使用,所以根本无法粘接PE材料。
1.3两者性能差别及外界影响
PE内胆是塑性材料,韧性好,易变形,但刚性低。UPR玻璃钢是热固性材料,韧性差,变形量小,刚性大。二者热膨胀系数相差很大,所以适合粘接二者的胶粘剂必须要能够经受住由于较大范围温度变化引起的热膨胀不均一而造成的粘接界面脱离。此外水处理容器常年受到变化的内压作用,内压变化很快,迫使内胆和缠绕层时刻受到变化的内压作用而发生相应形变,因二者变形能力相差很大,所以造成粘接界面脱粘。
2解决方案
针对聚乙烯表面分子极性低的特点,进行粘接时,人们经常对聚乙烯采取多种表面改性方法:通过化学、气体热氧化、火焰处理、电晕、低温等离子技术、力化学、表面改性剂等方法进行表面处理以在其表面分子链中引入极性基团从而提高粘接性能[2]。
常规的处理方法虽然很多,但几乎没有一项适用于水容器内胆处理。要么设备成本太高,要么周期过长根本不适合水容器生产需求。鉴于实际生产和成本情况,本文拟选用一种化学表面处理液,首先能够破坏PE惰性表面,造成部分活性点,提高PE表面粘接性能。然后使用配套胶粘剂来粘接PE,再使UPR粘接此胶粘剂。