引　言

玻璃鋼因設計靈活、易成型、輕質高強、耐腐蝕等優點，被廣泛應用于航海、交通、建筑、電子環保、化工及礦山等行業，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，玻璃鋼廢棄物數量也急劇增加，目前，我國生產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，而焚燒產生的黑煙和有毒氣體既污染環境又危害人體健康，且處理費用較高，處理量有限，遠不能滿足玻璃鋼廢棄物數量劇增的要求。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亟待解決的問題，對玻璃鋼行業的生存與發展具有重大而深遠的意義。
　　本文以廢玻璃鋼粉為填料，制備廢玻璃鋼粉／環氧樹脂復合材料。利用硅烷偶聯劑對廢玻璃鋼粉表面進行有機化處理，以提高廢玻璃鋼粉在體系內分散的均勻性，增加廢玻璃鋼粉與基體樹脂兩相間的界面結合能，并通過配方設計，使廢玻璃鋼粉填充至復合材料中能達到一定的增強增韌效果，制備出綜合性能良好的復合材料。

1　實驗部分

1.1　主要原料

　　環氧樹脂(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，常州科盛達玻璃鋼制品有限公司；改性胺固化劑593：工業品，上海錦悅化工有限公司；端環氧基液體丁腈橡膠(ETBN)：工業級，丙烯腈質量分數25％，環氧值0.0625，北京德沃特化工科技有限公司；硅烷偶聯劑：KH550，工業品，杭州沸點化工有限公司。

       1.2要儀器

　　超聲波清洗機，RZB-600，張家港市銳志超聲科技公司；平板硫化機，QLB-25D／Q，無錫市第一橡塑機械設備廠；萬能制樣機，ZHY-W，河北省承德試驗機廠；微機控制電子萬能試驗機，CMT4204，深圳新三思材料檢測有限公司；擺錘沖擊試驗機，ZBC1501-2，深圳新三思材料檢測有限公司；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，環氧樹脂E-51變量，改性胺固化劑593，用量為EP質量的25％，端環氧基液體丁腈橡膠變量，硅烷偶聯劑KH550變量。

      1.4試樣制備
      1.4.1廢玻璃鋼粉的有機化處理

　　廢玻璃鋼粉由不飽和聚酯固化顆粒(內含玻纖，200目)及磨碎短玻纖(1～3 mm)構成，廢玻璃鋼粉直接填充至環氧樹脂中相容性不好，因此，需先對廢玻璃鋼粉進行表面處理。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中進行超聲處理。調整超聲波工作條件：工作時間60 s，間歇時間20 s，工作次數30次，功率600 W左右，總處理時間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復合材料的制備

　　按比例稱取一定量的環氧樹脂及處理后的廢玻璃鋼粉，將廢玻璃鋼粉加入環氧樹脂中攪拌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。用萬能制樣機制得測試樣條，以備測試。
1.5　性能測試及斷面形貌分析

　　拉伸性能按GB／T 1447—2005進行測試，試樣尺寸為：長150 mm、寬10 mm、厚4 mm，拉伸速率為5 mm／min；沖擊強度按GB／T 1043—1993測試，簡支梁沖擊試驗機，無缺口試樣，跨距為60mm；彎曲性能按GB／T 1449—2005測試，采用三點彎曲試驗裝置，跨距為60 mm，試驗速率為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合材料斷面的微觀結構。

2　結果與討論
       2.1　WFRPP／EP配料比對復合材料性能的影響

　　對于WFRPP／EP復合材料來說，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，對復合材料的其它力學性能也會產生較大的影響，如表1所示。
     
　    由表1的結果可知，隨著WFRPP／EP配比減小，即廢玻璃鋼粉用量的相對減少，復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率、拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量和沖擊強度皆呈先增大后減小的變化趨勢。這是因為廢玻璃鋼粉是由磨碎短玻纖和熱固性樹脂的微粒組成，當廢玻璃鋼粉用量較少時，磨碎短玻纖主要起增強作用，而熱固性樹脂微粒也能起到一定的增強和增韌效果。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不到理想分散，對復合材料的增強增韌效果不佳。有當廢玻璃鋼粉用量大于一定值時，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”，有效抑制基質形變，阻礙裂紋發展，而其中的熱固性樹脂微粒在復合材料受外力作用產生塑性形變時，也能有效地抑制基體樹脂裂紋的擴展，同時吸收部分能量，從而在起到增強作用的同時也能起到增韌作用。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團聚堆積，使得復合材料局部不均，形成應力缺陷，導致制品的力學性能下降。

       2.2　偶聯劑用量對復合材料性能的影響

　　偶聯劑用量以相對于廢玻璃鋼粉質量的百分數計，不同含量的偶聯劑對復合材料性能的影響如表2所示。
    
      廢玻璃鋼粉填充至環氧樹脂中能否起到增強增韌效果，主要依賴于廢玻璃鋼粉與樹脂的牢固粘結及相容性，使環氧樹脂不能承載的負荷或能量轉移到支承的磨碎短玻纖或熱固性樹脂微粒上，負荷從局部傳遞到較大的范圍甚至整個物體。如果粘結性不好，則基體樹脂就不能將承受的應力傳遞到磨碎短玻纖和熱固性樹脂微粒上，廢玻璃鋼粉就發揮不了增強增韌作用。

　　由表2結果可知，當硅烷偶聯劑用量較少時，廢玻璃鋼粉表面沒有得到充分有機化處理，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／環氧樹脂界面強度低，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揮增強增韌作用。當KH550用量達到廢玻璃鋼粉質量分數的5％時，廢玻璃鋼粉與基體樹脂能很好的融合在一起，復合材料界面粘結良好，并形成一定厚度的界面層，在受到外力作用時，界面層起到很好的應力傳遞作用，廢玻璃鋼粉承擔了大部分載荷，充分發揮了廢玻璃鋼粉的增強增韌作用。偶聯劑KH550對廢玻璃鋼粉進行表面處理時，會與廢玻璃鋼粉產生有機化反應，并在廢玻璃鋼粉表面形成一層有機膜，用量過多時，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，使得應力從基材傳到增強劑的距離增大，容易形成應力不均或應力集中，造成局部破壞或脫絲瑚象，表現為復合材料力學性能下降。