CN102816434B - 一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法，它涉及一种预浸料的制备方法。本发明要解决现有存在有机硅树脂复合材料制备过程中耐热性差的问题。本发明的方法为：首先对石墨进行酸化、氧化处理，再与有机硅树脂进行复合得到改性有机硅树脂溶液，然后将玻璃布浸渍改性有机硅树脂溶液得到预浸料。本发明通过加氧化石墨烯，提高材料的耐热性。本发明的玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料浸渍充分，降低缺陷；适合工业化生产，制备过程中，剩余的溶液可以重复利用，不污染环境。本发明应用于预浸料制备领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种预浸料的制备方法。
背景技术
预浸料是复合材料制备过程中重要中间材料，其质量的优劣直接影响最终制品复合材料的质量。在预浸料的制备过程中，成型的工艺方法和条件直接影响制品的质量。有机硅树脂复合材料广泛应用在航空航天等领域，对其质量要求更为严格。目前采用预浸料成型工艺制备的有机硅树脂复合材料存在高温条件下耐热性能差，并且采用预浸料成型制备过程中也存在溶液大量浪费，制备预浸料质量和性能较差，限制了有机硅树脂复合材料的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有存在有机硅树脂复合材料制备过程中耐热性差的问题，而提供一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法。
本发明的一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法是按照以下步骤进行：
一、改性有机硅树脂溶液过程：在冰浴条件下，将硝酸钠与质量分数为98.3％的硫酸按质量体积比为1g：50mL的比例混合均匀，得混合溶液；再将石墨粉体与混合溶液按质量体积比为1g：20mL的比例混合均匀，然后在超声频率为40KHz、功率为1000w的条件下，超声1～1.5h后，得反应液A；再以100mL∕min的速度向反应液A中滴加蒸馏水，然后加热至90℃～100℃保持3h后，得反应液B；向反应液B中加入混剂，得混液；再用体积百分含量为10%的盐酸在转速为5000r∕min的条件下离心洗涤混液5次，收集固相物，再向收集的固相物中加入N,N-二甲基二氯酰胺，在超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下，超声4～5h后，在转速为5000r∕min的条件下离心10～20min，收集沉淀，冷冻干燥，得氧化石墨烯；将氧化石墨烯和质量分数为30%的有机硅树脂乙醇溶液按质量比为1：50的比例混合均匀，然后在温度为-10℃～5℃、超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下超声分散3～4h，得到改性有机硅树脂溶液；
二、玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料制备过程：取玻璃布放入热处理炉中，在温度为300℃的条件下处理0.5h，然后将步骤一得到的改性有机硅树脂溶液加到玻璃布表面，通过挤胶辊挤压处理后，再除去玻璃布表面残余的改性有机硅树脂溶液，然后放入固化炉中，进行梯度固化，最后收卷，得到玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料；其中：步骤一中所述的反应液与蒸馏水的体积比为1：2；步骤一中所述的混剂是由体积百分含量为30%的双氧水和蒸馏水按体积比为1：50的比混合而成，混剂与反应液B的体积比为1：4；步骤一中所述的体积百分比含量为10%的盐酸与混液的体积比为1：5；步骤一中所述的固相物与N,N-二甲基二氯酰胺的质量体积比为1g：100mL的比例混合而成；步骤二中所述的挤胶辊上下两辊之间距离0～1cm；步骤二中所述的玻璃布从放入热处理炉至最后收卷的运行速度为20～30min∕1m。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过加入氧化石墨烯，提高材料的耐热性。由于氧化石墨烯表面的羟基和羧基等基团与甲基硅树脂的羟基相互作用，形成大分子链，使甲基硅树脂在受热的条件下不容易分解。这样经过氧化石墨烯改性后，甲基硅树脂的耐热性提高了。
本发明制备的玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料浸渍充分，降低缺陷。本发明适合工业化生产，制备过程中，剩余的溶液可以重复利用，不污染环境。
本发明在预浸料制备过程，树脂滴落在玻璃布表面，在通过挤胶辊挤压树脂溶液进入玻璃布表面，这样既可以使树脂充分浸渍玻璃布，也最大限度的使树脂不浪费。通过梯度固化炉中固化，可以使树脂溶液中溶剂和小分子充分挥发，体系反应完全，制备的预浸料缺陷少（也就是气泡最少）。另外通过梯度固化节约能源，提高生产效率。
附图说明
图1为玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料流程图；其中1为玻璃布，2为热处理炉，3为改性有机硅树脂溶液，4为胶槽，5为胶辊，6为固化炉。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法是按照以下步骤进行：
一、改性有机硅树脂溶液过程：在冰浴条件下，将硝酸钠与质量分数为98.3％的硫酸按质量体积比为1g：50mL的比例混合均匀，得混合溶液；再将石墨粉体与混合溶液按质量体积比为1g：20mL的比例混合均匀，然后在超声频率为40KHz、功率为1000w的条件下，超声1～1.5h后，得反应液A；再以100mL∕min的速度向反应液A中滴加蒸馏水，然后加热至90℃～100℃保持3h后，得反应液B；向反应液B中加入混剂，得混液；再用体积百分含量为10%的盐酸在转速为5000r∕min的条件下离心洗涤混液5次，收集固相物，再向收集的固相物中加入N,N-二甲基二氯酰胺，在超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下，超声4～5h后，在转速为5000r∕min的条件下离心10～20min，收集沉淀，冷冻干燥，得氧化石墨烯；将氧化石墨烯和质量分数为30%的有机硅树脂乙醇溶液按质量比为1：50的比例混合均匀，然后在温度为-10℃～5℃、超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下超声分散3～4h，得到改性有机硅树脂溶液；
二、玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料制备过程：取玻璃布放入热处理炉中，在温度为300℃的条件下处理0.5h，然后将步骤一得到的改性有机硅树脂溶液加到玻璃布表面，通过挤胶辊挤压处理后，再除去玻璃布表面残余的改性有机硅树脂溶液，然后放入固化炉中，进行梯度固化，最后收卷，得到玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料；其中：步骤一中所述的反应液与蒸馏水的体积比为1：2；步骤一中所述的混剂是由体积百分含量为30%的双氧水和蒸馏水按体积比为1：50的比混合而成，混剂与反应液B的体积比为1：4；步骤一中所述的体积百分比含量为10%的盐酸与混液的体积比为1：5；步骤一中所述的固相物与N,N-二甲基二氯酰胺的质量体积比为1g：100mL的比例混合而成；步骤二中所述的挤胶辊上下两辊之间距离0～1cm；步骤二中所述的玻璃布从放入热处理炉至最后收卷的运行速度为20～30min∕1m。
本实施方式具有以下有益效果：
本实施方式通过加入氧化石墨烯，提高材料的耐热性。由于氧化石墨烯表面的羟基和羧基等基团与甲基硅树脂的羟基相互作用，形成大分子链，使甲基硅树脂在受热的条件下不容易分解。这样经过氧化石墨烯改性后，甲基硅树脂的耐热性提高了。
本实施方式制备的玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料浸渍充分，降低缺陷。本发明适合工业化生产，制备过程中，剩余的溶液可以重复利用，不污染环境。
本实施方式在预浸料制备过程，树脂滴落在玻璃布表面，在通过挤胶辊挤压树脂溶液进入玻璃布表面，这样既可以使树脂充分浸渍玻璃布，也最大限度的使树脂不浪费。通过梯度固化炉中固化，可以使树脂溶液中溶剂和小分子充分挥发，体系反应完全，制备的预浸料缺陷少（也就是气泡最少）。另外通过梯度固化节约能源，提高生产效率。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的石墨粉体粒度为600目。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的梯度固化分为起始阶段、中间阶段和终止阶段；其中，起始阶段为在80℃进行固化，中间阶段为在100℃进行固化，终止阶段为在120℃进行固化。其它与具体实施方式一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
本试验的一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法是按照以下步骤进行：
一、改性有机硅树脂溶液过程：在冰浴条件下将3g的硝酸钠加入到150mL的浓硫酸中，然后加入8g粒度为600目的石墨粉体，在超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下，超声振动1～1.5h h；再缓慢滴加300mL的蒸馏水，加热至90～100℃反应3h后，再加入100mL的蒸馏水和2mL体积百分含量为30%双氧水，然后用100mL体积百分含量为10%盐酸在转速为5000转∕min的条件下，离心洗涤5次，向收集的固相物加入80mL的N,N-二甲基二氯酰胺，然后在超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下，超声作用4～5h，在转速为5000转∕min的条件下离心10～20min，收集固相物，在0℃冷冻干燥24h，得氧化石墨烯；将1g的氧化石墨烯填加到167mL的有机硅树脂溶液中，然后在温度为-10℃～5℃、超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下超声分散3.5h，得到改性有机硅树脂溶液，待用；
二、玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料制备过程：取玻璃布放入热处理炉中，在温度为300℃的条件下处理0.5h，除去表面的水分和上浆剂（如石蜡等成分），然后将步骤一得到的改性有机硅树脂溶液加到玻璃布表面，再通过挤胶辊挤压处理后，除去玻璃布表面多余的树脂溶液，然后进入固化炉中，进行梯度固化，最后收卷，得到玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料；
其中步骤二中所述的挤胶辊上下两辊之间距离0～1cm，骤二中所述的梯度固化分为起始阶段、中间阶段和终止阶段；其中，起始阶段为在80℃进行固化，中间阶段为在100℃进行固化，终止阶段为在120℃进行固化；步骤二中所述的玻璃布从放入热处理炉至最后收卷的运行速度为20～30min∕1m（如图1所示）。
本试验的步骤二的玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料制备流程图如图1所示。
采用本发明方法，以预浸料成型工艺方法制备的玻璃布∕改性有机硅树脂复合材料在400℃条件下10min，和传统的预浸料成型方法制备的玻璃布∕有机硅树脂复合材料耐热性相比较，耐热性提高大约20%。
Claims (3)
1.一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法，其特征在于玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法是按照以下步骤进行：
一、改性有机硅树脂溶液过程：在冰浴条件下，将硝酸钠与质量分数为98.3％的硫酸按质量体积比为1g：50mL的比例混合均匀，得混合溶液；再将石墨粉体与混合溶液按质量体积比为1g：20mL的比例混合均匀，然后在超声频率为40KHz、功率为1000w的条件下，超声1～1.5h后，得反应液A；再以100mL∕min的速度向反应液A中滴加蒸馏水，然后加热至90℃～100℃保持3h后，得反应液B；向反应液B中加入混剂，得混液；再用体积百分含量为10%的盐酸在转速为5000r∕min的条件下离心洗涤混液5次，收集固相物，再向收集的固相物中加入N,N-二甲基甲酰胺，在超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下，超声4～5h后，在转速为5000r∕min的条件下离心10～20min，收集沉淀，冷冻干燥，得氧化石墨烯；将氧化石墨烯和质量分数为30%的有机硅树脂乙醇溶液按质量比为1：50的比例混合均匀，然后在温度为-10℃～5℃、超声频率为40KHz，功率是1000w的条件下超声分散3～4h，得到改性有机硅树脂溶液；
二、玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料制备过程：取玻璃布放入热处理炉中，在温度为300℃的条件下处理0.5h，然后将步骤一得到的改性有机硅树脂溶液加到玻璃布表面，通过挤胶辊挤压处理后，再除去玻璃布表面残余的改性有机硅树脂溶液，然后放入固化炉中，进行梯度固化，最后收卷，得到玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料；其中：步骤一中所述的反应液与蒸馏水的体积比为1：2；步骤一中所述的混剂是由体积百分含量为30%的双氧水和蒸馏水按体积比为1：50的比混合而成，混剂与反应液B的体积比为1：4；步骤一中所述的体积百分比含量为10%的盐酸与混液的体积比为1：5；步骤一中所述的固相物与N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为1g：100mL的比例混合而成；步骤二中所述的挤胶辊上下两辊之间距离0～1cm；步骤二中所述的玻璃布从放入热处理炉至最后收卷的运行速度为20～30min∕1m。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的石墨粉体粒度为600目。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃布∕改性有机硅树脂预浸料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的梯度固化分为起始阶段、中间阶段和终止阶段；其中，起始阶段为在80℃进行固化，中间阶段为在100℃进行固化，终止阶段为在120℃进行固化。
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