CN103172977A

CN103172977A - 一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料及其制备方法

Info

Publication number: CN103172977A
Application number: CN2013100792006A
Authority: CN
Inventors: 吴德山; 陆宗术; 裴明霞
Original assignee: JIANGMEN DESHAN COMPOSITES MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGMEN DESHAN COMPOSITES MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: CN103172977B

Abstract

本发明公开了一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，由以下原料组成：混杂玻璃纤维，酚醛环氧树脂，纳米氢氧化铝，脱模剂、偶联剂、活性稀释剂、固化剂；其中混杂玻璃纤维占原料的质量百分比为40%~55%，酚醛环氧树脂占原料的质量百分比为酚醛环氧树脂20%~40%，纳米氢氧化铝占原料的质量百分比为5%~20%。本发明制得的混杂玻璃纤维预浸料，在相同的成型工艺与条件下，所制得材料具有耐热、阻燃低发烟、耐腐蚀的特性，弯曲强度、冲击韧性同比有较大提高，成型工艺相对简单，成本方面有一定的降低。另外，本发明还涉及阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料的制备方法。

Description

一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料及其制备方法

技术领域

本发明涉及酚醛环氧树脂复合材料的领域，尤其涉及一种具有阻燃、耐高温、高性能的混杂玻璃纤维预浸料及其制备方法。

背景技术

在目前的安全帽和头盔市场混乱、复杂的背景下，建筑、消防、运动等领域的安全帽盔质量残差不齐，基本上塑料制品和普通成型的复合材料各占一半。塑料制品由于强度和耐温性较差，对建筑施工、运动、消防现场的人身安全保障有限；复合材料制品虽然强度较高，但是普通成型工艺生产的帽盔特别是壳体的耐热、耐腐蚀、阻燃性能比较差，不能满足建筑、运动、消防场所对人身安全防护的更高要求。所以，在不明显增加制品成本的条件下，进一步提高帽盔壳体的整体强度、抗冲击性能同时达到耐高温、耐腐蚀、阻燃低烟的要求是帽盔市场发展的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供提供一种应用在头盔壳体上的阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，该阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料作为增强酚醛环氧树脂的复合材料，以提高现有复合材料头盔壳体的整体强度、抗冲击性能，同是实现耐高温、耐腐蚀、阻燃低发烟的更高实用性能，并简化其成型工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，由以下原料组成：混杂玻璃纤维，酚醛环氧树脂，纳米氢氧化铝，脱模剂、偶联剂、活性稀释剂、固化剂；其中混杂玻璃纤维占原料的质量百分比为40%~55%，酚醛环氧树脂占原料的质量百分比为酚醛环氧树脂20%~40%，纳米氢氧化铝占原料的质量百分比为5%~20%。纳米氢氧化铝（功能填料）、甲酚甘油醚活性稀释剂（功能稀释剂）和甲基NA酸酐固化剂均作为本混杂玻璃纤维预浸料的主要配方，具有无可比拟的优点。纳米氢氧化铝：功能性阻燃填料，在本配方中具有阻燃、消烟、填充料三大功能，使材料燃烧时无二次污染，提高复合材料的阻燃性、耐电弧性、耐痕迹性。甲酚缩水甘油醚：一种低毒、低挥发性、价格较低的活性稀释剂，能有效降低环氧树脂体系的粘度，利于纤维、填料等材料的浸润和渗透，一定比例的用量下使固化物具有良好的机械性能、物理性能、电性能，是一种新型的功能活性稀释剂。甲基NA酸酐：赋予环氧树脂及固化物优良耐高温、耐老化、收缩小、耐电弧、耐辐射等优良性能，而且是液体材料便于应用操作。

进一步的，所述的稀释剂为活性甲酚缩水甘油醚，固化剂为甲基NA酸酐，活性甲酚缩水甘油醚的质量相当于酚醛环氧树脂质量的10%~15%，甲基NA酸酐的质量相对于酚醛环氧树脂质量的10%~30%。

进一步的，所述的混杂玻璃纤维由以下质量百分比的纤维原料组成：碳纤维10%~60%，大麻纤维20%~40%，玻璃纤维20%~50%。

进一步的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的的质量相当于混杂玻璃纤维和纳米氢氧化铝总质量的0.6%~3.0%。

另外，本发明同时还涉及一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料的制备方法，其制备步骤为：先将混杂玻璃纤维按照重量百分比平行单向排布，再将酚醛环氧树脂和甲醚缩水甘油醚、甲基NA酸酐、脱模剂、偶联剂混合均匀配制成胶液，然后通过胶辊滚压将胶液按配比浸入混杂玻璃纤维中，再将双面托布保护的纤维浸渍料放置在70℃~170℃的恒温烘箱中固化处理30min，然后卷取或裁切成混杂玻璃纤维预浸料。

综上所述，本发明的混杂玻璃纤维预浸料具有如下优点：

1、目前复合市场混杂纤维的应用比较少，只有风电行业国外企业开始采用玻璃纤维与碳纤维混杂应用，但是价格成本相对较高；本发明引进大麻纤维混杂增强，大麻纤维是当今国际复合材料市场最新开发的纤维材料，具有价格较低、重量轻、强度高、耐化学性能优良的特点；

2、为了实现酚醛环氧树脂的最佳固化和综合性能，本发明采用了液体状态的甲基NA酸酐固化剂，甲基NA酸酐固化剂赋予环氧树脂及固化物优良耐高温、耐老化、收缩小、耐电弧、耐辐射等优良性能，而且是液体材料便于应用操作；

3、甲酚缩水甘油醚是一种低毒、低挥发性、价格较低的活性稀释剂，能有效降低环氧树脂体系的粘度，利于纤维、填料等材料的浸润和渗透，一定比例的用量下使固化物具有良好的机械性能、物理性能、电性能，是一种新型的功能活性稀释剂；

4、为了实现降低成本、提高性能特别是复合材料阻燃低发烟性能，本发明采用纳米氢氧化铝为功能性填料，在本配方中具有阻燃、消烟、填充料三大功能，使材料燃烧时无二次污染，提高复合材料的阻燃性、耐电弧性、耐痕迹性；

5、由于玻璃纤维表面在拉丝加工工程中残留浸润剂，同时大麻纤维和纳米氢氧化铝的表面同环氧树脂材料的粘结力不够，本发明采用偶联剂为硅烷偶联剂（也称KH560）对纤维和填料表面处理，偶联剂直接添加如环氧树脂材料中一步完成，KH560的用量为混杂玻璃纤维和纳米氢氧化铝重量的1.5%时效果最好。

具体实施例

实施例1

本发明实施例1所描述的一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，由以下原料组成：混杂玻璃纤维，酚醛环氧树脂，纳米氢氧化铝，脱模剂、偶联剂、活性稀释剂、固化剂；其中混杂玻璃纤维占原料的质量百分比为40%，酚醛环氧树脂占原料的质量百分比为酚醛环氧树脂40%，纳米氢氧化铝占原料的质量百分比20%。

进一步的，所述的稀释剂为活性甲酚缩水甘油醚，固化剂为甲基NA酸酐，活性甲酚缩水甘油醚的质量相当于酚醛环氧树脂质量的10%，甲基NA酸酐的质量相对于酚醛环氧树脂质量的25%。

进一步的，所述的混杂玻璃纤维由以下质量百分比的纤维原料组成：碳纤维10%，大麻纤维40%，玻璃纤维50%。

进一步的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的的质量相当于混杂玻璃纤维和纳米氢氧化铝总质量的1.5%。

另外，本实施例同时还涉及一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料的制备方法，其制备步骤为：先将混杂玻璃纤维按照重量百分比平行单向排布，再将酚醛环氧树脂和甲醚缩水甘油醚、甲基NA酸酐、脱模剂、偶联剂混合均匀配制成胶液，然后通过胶辊滚压将胶液按配比浸入混杂玻璃纤维中，再将双面托布保护的纤维浸渍料放置在70℃~170℃的恒温烘箱中固化处理30min，然后卷取或裁切成混杂玻璃纤维预浸料。

由于固化剂活性很高，经过试验反复测试，固化剂用量为酚醛环氧树脂的25%，固化温度为160℃，固化时间为30min时制得复合材料的综合性能最好。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上进行变化，具体为对阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料的各组分的质量含量作出变化，具体如下：混杂玻璃纤维占原料的质量百分比为55%，酚醛环氧树脂占原料的质量百分比为酚醛环氧树脂20%，纳米氢氧化铝占原料的质量百分比5%。活性甲酚缩水甘油醚的质量相当于酚醛环氧树脂质量的15%，甲基NA酸酐的质量相对于酚醛环氧树脂质量的30%。所述的混杂玻璃纤维由以下质量百分比的纤维原料组成：碳纤维60%，大麻纤维20%，玻璃纤维20%。

实施例3

本实施例3同样是在实施例1的基础上进行变化，具体为具体为对阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料的各组分的质量含量作出变化，具体如下：混杂玻璃纤维占原料的质量百分比为45%，酚醛环氧树脂占原料的质量百分比为酚醛环氧树脂35%，纳米氢氧化铝占原料的质量百分比15%。活性甲酚缩水甘油醚的质量相当于酚醛环氧树脂质量的13%，甲基NA酸酐的质量相对于酚醛环氧树脂质量的20%。所述的混杂玻璃纤维由以下质量百分比的纤维原料组成：碳纤维40%，大麻纤维30%，玻璃纤维30%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术内容作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，其特征在于：由以下原料组成：混杂玻璃纤维，酚醛环氧树脂，纳米氢氧化铝，脱模剂、偶联剂、活性稀释剂、固化剂；其中混杂玻璃纤维占原料的质量百分比为40%~55%，酚醛环氧树脂占原料的质量百分比为酚醛环氧树脂20%~40%，纳米氢氧化铝占原料的质量百分比为5%~20%。

2.根据权利要求1所述的阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，其特征在于：所述的稀释剂为活性甲酚缩水甘油醚，固化剂为甲基NA酸酐，活性甲酚缩水甘油醚的质量相当于酚醛环氧树脂质量的10%~15%，甲基NA酸酐的质量相对于酚醛环氧树脂质量的10%~30%。

3.根据权利要求2所述的阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，其特征在于：所述的混杂玻璃纤维由以下质量百分比的纤维原料组成：碳纤维10%~60%，大麻纤维20%~40%，玻璃纤维20%~50%。

4.根据权利要求1所述的阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的的质量相当于混杂玻璃纤维和纳米氢氧化铝总质量的0.6%~3.0%。

5.一种阻燃耐高温高性能混杂玻璃纤维预浸料的制备方法，其特征在于：先将混杂玻璃纤维按照重量百分比平行单向排布，再将酚醛环氧树脂和甲醚缩水甘油醚、甲基NA酸酐、脱模剂、偶联剂混合均匀配制成胶液，然后通过胶辊滚压将胶液按配比浸入混杂玻璃纤维中，再将双面托布保护的纤维浸渍料放置在70℃~170℃的恒温烘箱中固化处理30min，然后卷取或裁切成混杂玻璃纤维预浸料。