CN102079881A - 高强度热固性分子基复合材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明所设计的高强度热固性高分子基复合材料，其特征是它由网状结构的高分子热固性高强度树脂、固化交联剂、纤维状增强材料和粒状增强材料添加剂组成。这种高强度热固性高分子基复合材料及其应用，具有机械性能优良，材料成型度高，使用范围广、寿命长，完全可以达到现有的Q235碳素钢翻砂脱模制造的各种工件，应用到各个行业中。

Description

高强度热固性分子基复合材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种复合材料，特别是一种高强度热固性高分子基复合材料及其应用。

背景技术

复合材料作为一种新型的材料，已经越来越多的应用到各个行业中。复合材料具有良好的绝缘性和可塑性，通过不同的工艺及模具可以制作成各种不同的形状。随着社会的进步，各种资源的短缺，对复合材料的要求也越来越高。现有的复合材料和一些特殊的复合材料为了达到绝缘与高强度的双重特性，采用金属与尼龙类塑料复合的的方法得到，但是由于金属和尼龙类塑料之间的线膨胀系数、磨损率、耐温性、抗张强度、屈服强度和伸长率差异很大，实际应用中就会出现由于其耐温变及耐候性差，导致形变严重、变软不耐磨损，使用寿命严重下降问题。

现有技术中也有一些热塑性树脂复合材料，其主要采用热塑性树脂为粘接材料，由于热塑性树脂为链状分子结构，许多分子链通过物理作用组合在一起，受其工艺限制，其中残余低分子溶剂量无法控制，使得后期成型固化时，分子链状结构排列不均匀，残余溶剂无法完全逸出，导致单位面积的强度不均匀，无法保证材料强度质量的一致性，使得这种复合材料无法在一些特殊的高要求产品如铁轨紧固件、汽车齿轮箱、压力容器等替代现有的金属材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种耐腐蚀、耐候性好，强度高，可达到现有的Q235钢(GB/T700-1988Q235)工件强度要求的高强度热固性高分子基复合材料及其应用。

为了达到上述目的，本发明所设计的高强度热固性高分子基复合材料，其特征是它由网状结构的高分子热固性高强度树脂、固化交联剂、纤维状增强材料和粒状增强材料添加剂组成。

所述的高分子热固性高强度树脂含量为10-20重量份；固化交联剂含量为5-10重量份；纤维状增强材料含量为70-80重量份；粒状增强材料添加剂的含量为5-10重量份。

高分子热固性高强度树脂是：环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺；所述固化交联剂是：脂肪多元胺、脂环多元胺、芳香胺、聚酰胺、改性胺、酸酐类、咪唑、树脂类或叔胺任意一种或两种以上的组合；所述纤维状增强材料是：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须、石棉纤维、芳香族聚酰胺纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼龙纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维任意一种或两种组合；所述粒状增强材料是：炭黑、粘土、二氧化硅、玻璃粉、空心微珠、粉煤灰、木粉、云母、石棉、硅胶和短玻璃纤维一种或两种以上的组合。

这种高强度热固性高分子基复合材料，是首先将高分子热固性高强度树脂和粒状增强材料添加剂混合研磨为均匀浆状，按比例加入固化交联剂搅拌均匀，然后浸润定量的纤维状增强材料经过消泡处理在100-120℃预固化20-40分钟，制得粘度为50000-100000Pa.S的厚浆状或膏状预浸料，再将预浸料置于加热后的模具中，排气后施加1000KN以上的压力，控制温度在165-175℃，经3-6分钟二次固化得到成品高强度热固性高分子基复合材料。

本发明所设计的上述强度热固性高分子基复合材料的应用，是将其通过拉挤、模压、层压、传递模塑、浇铸、注射的成型方法制作国标铁路轨道紧固件。

本发明所得到的高强度热固性高分子基复合材料，是一种完全的非金属材料，摒弃了用金属与非金属等绝缘材料粘接的复合制作高强度的复合材料的技术方案，从根本上避免了金属材料与非金属绝缘材料之间存在的线膨胀系数，抗张强度、屈服强度和伸长率带来的不利影响。

采用了高分子热固性高强度树脂、固化交联剂为主要粘结材料，避免链状分子热塑性树脂容易受热软化、冷却硬化的弊端，很好的利用了热固性树脂和固化交联剂通过化学键交联在一起的刚性网状稳定结构提供了复合材料的抗张强度、屈服强度和伸长率等机械性能。

同时控制了热固性树脂基复合材料预浸料的粘度为50000-100000Pa.S，使得预浸料在消泡剂的作用下能有效的排出空气杜绝暗泡，又不会影响的材料成型的固化，采取预固化后二次固化技术和内脱模等技术手段，有效的控制了预浸料的稠度，使得最终的得到复合材料密度均匀，尺寸完美，具有优良的机械性能。

另一方面，本发明还设计将这种高强度热固性高分子基复合材料用于制作国标铁路紧固件的应用，这种应用能有效的利用本发明复合材料产品强度及模量高，成型尺寸精确稳定，密度均一，绝缘等级高，摩擦系数小的特点，不但减轻了铁路检修维护工作量，对节约金属、提高紧固件的使用寿命和提高铁路行车安全提供了更好的解决方案。

综上所述，本发明所得到的高强度热固性高分子基复合材料及其应用，具有机械性能优良，材料成型度高，使用范围广、寿命长，完全可以达到现有的Q235碳素钢翻砂脱模制造的各种工件，应用到各个行业中。

具体实施方式

实施例1：

本实施例描述的压铸法制得的高强度热固性高分子基复合材料，是将按规定比例配制高分子热固性高强度树脂——改性环氧树脂和粒状增强材料添加剂——炭黑、空心微珠、云母粉混合，研磨为均匀浆状，搅拌均匀后按高分子热固性高强度树脂与固化交联剂2∶1比例加入固化交联剂，浸润定量的纤维状增强材料——玻璃纤维，在100-120℃预固化20-40分钟后制得预浸料，将预浸料定量置于加热后的铁路轨道紧固件模具中，排气后加压1000KN，控制温度165-175℃，经3-6分钟二次固化成型后，即采用模压工艺制成所述紧固件。其中按重量份数，所述纤维状增强材料为70份，高分子热固性高强度树脂为10份，固化交联剂为5份，粒状增强材料添加剂为5份。

实施例2

本实施例描述的高强度热固性高分子基复合材料，是将按规定比例配制高分子热固性高强度树脂——改性环氧树脂和粒状增强材料添加剂——炭黑、二氧化硅、云母粉混合，研磨为均匀浆状，搅拌均匀后按高分子热固性高强度树脂与固化交联剂按2∶1重量比加入固化交联剂，在100-120℃浸润预固化后，将定量的纤维状增强材料——玻璃纤维和碳纤维的组合经过纬向加热模具(控制温度165-175℃，拉力80-120KN)连续匀速拉挤(有效固化时间3-6分钟)，保温硬化后制得纬向尺寸一致的条状物，按一定尺寸剪切后成型，即制得采用拉挤工艺制成所述紧固件即铁路扣件轨距挡板。

本实施例描述拉挤法制得的高强度热固性高分子基复合材料，所述的高分子热固性高强度树脂是：改性环氧树脂20份，固化交联剂为酸酐类与促进剂的组合10份，所述纤维状增强材料是：玻璃纤维和碳纤维组合共80份；所述粒状增强材料是：炭黑、二氧化硅、云母粉的组合共10份。

高强度热固性高分子基复合材料铁路扣件轨距挡板性能测试结果比较：

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度热固性高分子基复合材料，其特征是它由网状结构的高分子热固性高强度树脂、固化交联剂、纤维状增强材料和粒状增强材料添加剂组成。

2.根据权利要求1所述的高强度热固性分子基复合材料，其特征是所述的高分子热固性高强度树脂含量为10-20重量份；固化交联剂含量为5-10重量份；纤维状增强材料含量为70-80重量份；粒状增强材料添加剂的含量为5-10重量份。

3.根据权利要求1所述的高强度热固性高分子基复合材料，其特征是所述的高分子热固性高强度树脂是：环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺；所述固化交联剂是：脂肪多元胺、脂环多元胺、芳香胺、聚酰胺、改性胺、酸酐类、咪唑、树脂类或叔胺任意一种或两种以上的组合；所述纤维状增强材料是：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、晶须、石棉纤维、芳香族聚酰胺纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼龙纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维任意一种或两种组合；所述粒状增强材料是：炭黑、空心微珠、粘土、砂、玻璃粉、粉煤灰、木粉、云母粉、石棉、硅胶和短玻璃纤维一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1或2或3所述的高强度热固性高分子基复合材料，其特征是将高分子热固性高强度树脂和粒状增强材料添加剂混合研磨为均匀浆状，按比例加入固化交联剂搅拌均匀，然后浸润定量的纤维状增强材料经过消泡处理在100-120℃预固化20-40分钟，制得粘度为50000-100000Pa.S的厚浆状或膏状预浸料，再将预浸料置于加热后的模具中，排气后施加1000KN以上的压力，控制温度在165-175℃，经3-6分钟二次固化得到成品高强度热固性高分子基复合材料。

5.一种如权利要求4所述的高强度热固性高分子基复合材料的应用，其特征是将其通过拉挤、模压、层压、传递模塑、浇铸、注射的成型方法制作国标铁路轨道紧固件。