CN101186707A - 一种汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，它是由以下重量百分比的原料制成：玻璃纤维多层织物50％－70％，环氧树脂30％－50％和占环氧树脂的固化剂8－12％；其制备方法为：先对玻璃纤维多层织物进行表面处理，然后将处理后的玻璃纤维多层织物按模腔尺寸剪裁，同时用环氧树脂加溶剂和固化剂配置成胶液，将玻璃纤维多层织物浸入胶液两三分钟拿出晾置后放入模具固化，固化时间30－40min，固化温度140℃－170℃，最后切掉毛边，检测成品。本发明在相同的成型工艺与条件下，所得材料的弯曲强度、拉伸强度同比都有较大的提高，成型工艺也相对简单，在成本方面有一定的降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种环氧树脂复合材料。
背景技术
在能源短缺的背景下，汽车轻量化日渐成为趋势，塑料、复合材料等在汽车上的应用越来越广泛，玻璃钢，即环氧树脂复合材料由于其高的比强度、优良的抗冲击性及耐腐蚀性，因而逐渐被人们应用于汽车的翼子板和前后保险杠。现有用于汽车上的玻璃钢复合材料是采用玻璃纤维一层一层地交错布局，形成一种层间交替结构，而达到较好的力学性能。但是，由于其是采用普通的玻璃纤维经过交错布置形成，再加上其中各原料的重量配比，以及制备中固化时间和固化温度的选取不同，使其在力学性能上存在一定的不足，在抗弯强度及抗剪切强度方面还有待于提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，以提高现有玻璃钢抗弯强度及抗剪切强度，使其达到一种最佳的力学性能，并简化其成型工艺。
本发明的技术方案如下：
一种汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，它由以下重量百分比的原料组成：玻璃纤维多层织物50％-70％，环氧树脂30％-50％，和占环氧树脂的固化剂8-12％，其制备方法为：先对玻璃纤维多层织物进行表面处理，然后将处理有的玻璃纤维多层织物按模腔尺寸剪裁，同时用环氧树脂加溶剂(本专利为丙酮)和固化剂配置成胶液，将玻璃纤维多层织物浸入胶液两三分钟拿出晾置15min后放入模具固化，固化时间30-40min，固化温度140℃-170℃，最后切掉毛边，检测成品。
所述固化剂用量为环氧树脂的10％，固化温度150℃-160℃。
所述固化剂为乙二撑三胺。
所述配置胶液的溶剂采用丙酮，丙酮含量为环氧树脂的10-40wt％。
本发明采用的玻璃纤维多层织物为现有成熟的产品，其每一层经纱分别与其纬纱交织，层与层之间采用经纱连结，使多层织物形成一个整体，这种层间交替的结构能显著提高复合材料的抗弯强度及径向的拉伸强度。具体结构可参见图1(复合材料断口的扫描电镜照片，放大倍数为50倍，图中1是树脂，2是玻璃纤维)。
本发明在相同的成型工艺与条件下，通过与普通的玻璃钢复合材料比较，本发明所得材料的弯曲强度、拉伸强度同比都有较大的提高，具体见图10，成型工艺相对也要简单，因而成本方面也有一定的降低。
附图说明
图1：玻璃多层织物增强环氧树脂断口(弯曲断裂)
图2：本发明制备的工艺流程图
图3：固化剂含量与弯曲强度的关系
图4：固化剂用量与拉伸强度的关系
图5：固化温度与弯曲强度的关系
图6：固化温度与拉伸强度的关系
图7：固化时间与弯曲强度的关系
图8：纤维含量与弯曲强度的关系
图9：纤维含量与拉伸强度的关系
图10：两种玻璃钢的性能比较
具体实施方式
本复合材料由以下重量百分比的原料组成：玻璃纤维多层织物50％-70％，环氧树脂30％-50％，和占环氧树脂的固化剂8-12％。由于玻纤拉丝、纺织生产中为防止纤维集束、磨损、静电等，一般在其表面涂覆了浸润剂。而浸润剂会减少玻纤与树脂间粘合强度，因此在制造复合材料前需对玻璃纤维进行表面处理。表面处理分两个步骤，首先使除去浸润剂，然后是进行偶联处理。本专利的处理方法是先将玻璃布在马富炉中350℃烧蚀30min目的是要使玻纤表面的浸润剂分解或炭化，然后将玻纤在1mol/L的盐酸中浸泡10min，除去纤维表面的无机杂物，用去离子水冲洗干净后，用硅烷偶联剂KH550(纤维的0.5wt％)溶液浸泡10min后，晾干后，在真空干燥箱中用150℃保温2小时。然后采用手糊成型工艺(参见图2)，即：玻璃布表面处理后按模腔尺寸剪裁，同时用树脂加溶剂(可选用丙酮)和固化剂配置胶液，丙酮的含量决定胶液的浓度，而胶液的浓度决定纤维的含量，通常丙酮含量为树脂的10-40wt％，但由于丙酮极易挥发，所以温度、胶液配置的时间都将影响胶液的浓度；待胶液配置好后将玻璃布浸入两三分钟拿出晾置15min后放入涂有脱模剂的模具内固化，最后切掉毛边检测。
通过一系列的实验探究各种因素对本专利的性能影响。本专利选用的环氧树脂牌号为E44，按理论计算所需固化剂的用量为树脂的10％.为得到实际所需的最佳固化剂用量和探究，固化剂用量对机械性能的影响，分别选用了8％、9％、10％、11％和12％五种不同的用量，在相同的条件下制成试样，拉伸强度按GB1447-83，弯曲强度按GB1449-83进行测试。得到图3和图4关系。综合观察这两张图，得到这样一个结论：最佳固化剂含量是10％左右。固化剂含量太低使环氧树脂固化未完全，环氧树脂交联度不够，自然弯曲强度和拉伸强度都比较低。而含量太高时可能是由于过多的固化剂使树脂提前固化了，使得树脂和纤维的分散程度不够，导致纤维和树脂粘合度不够，复合材料的综合性能未得到体现，整体反而性能下降。
从80℃到180℃每隔20℃取一个点固化制作试样，固化时间为30min，然后测试其弯曲强度和拉伸强度，得到固化温度与弯曲强度关系如图5，固化温度与拉伸强度关系如图6。比较两图发现，温度太低，固化程度不够，弯曲强度、拉伸强度都很低，并随温度的伸而增加，弯曲强度在140℃时达到最大值，然后开始下降，下降幅度不大，拉伸强度则在160℃达到最大值，温度再增加却出现急剧下降。综合这两张图可以看出最佳固化温度应该再150℃到160℃之间。
本专利选的固化剂是乙二撑三胺，固化温度选定160℃。固化时间分别是20min、30min、40min、50min.得到固化时间与弯曲强度的关系如图7。从图可以看到，弯曲强度随固化时间增加而增加，40min时达到最大值，时间再增加弯曲强度不再增加，可见最佳固化时间应该是30-40min之间，时间太短明显是固化程度不够，太长工作要率太低，也浪费能源，同样不可取。
从图8、9看到对于弯曲强度纤维含量大约60％左右弯曲强度最大，太高或太低都呈下降趋势。
通过上述一系列的实验对于本专利玻璃纤维多层织物、环氧树脂、乙二撑三胺(固化剂)这个体系最佳固化剂用量应为树脂的10wt％，最佳固化温度为150℃，最佳固化时间约为35min。
Claims (7)
1.一种汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于它由以下重量百分比的原料制成：玻璃纤维多层织物50％-70％，环氧树脂30％-50％和占环氧树脂的固化剂8-12％；其制备方法为：先对玻璃纤维多层织物进行表面处理，然后将处理后的玻璃纤维多层织物按模腔尺寸剪裁，同时用环氧树脂加溶剂和固化剂配置成胶液，将玻璃纤维多层织物浸入胶液两三分钟拿出晾置后放入模具固化，固化时间30-40min，固化温度140℃-170℃，最后切掉毛边，检测成品。
2.根据权利要求1所述的汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于：所述固化剂用量为环氧树脂的10％，固化温度150℃-160℃。
3.根据权利要求2所述的汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于：固化温度为150℃，固化时间为35min。
4.根据权利要求1所述的汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于：所述固化剂为乙二撑三胺。
5.根据权利要求1所述的汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于；配置胶液的溶剂采用丙酮，丙酮含量为环氧树脂的10-40wt％。
6.根据权利要求1所述的汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于；对玻璃纤维多层织物的表面处理分两个步骤，首先是除去浸润剂，然后是进行偶联处理。
7.根据权利要求6所述的汽车上用的玻璃纤维多层织物增强环氧树脂复合材料，其特征在于：对玻璃纤维多层织物的表面处理是先将对玻璃纤维多层织物在马富炉中350℃烧蚀30min，使玻纤表面的浸润剂分解或炭化，然后将对玻璃纤维多层织物在1mol/L的盐酸中浸泡10min，除去纤维表面的无机杂物，用去离子水冲洗干净后，用占纤维的0.5wt％的硅烷偶联剂KH550溶液浸泡10min后，晾干后，在真空干燥箱中用150℃保温2小时。
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