CN103509160A - 填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料及其制备方法。本发明的复合团状模塑料通过选用合适的配料组份和添加顺序，将不饱和聚酯树脂、抗收缩剂、无机纳米粒子填料、阻燃剂填料、引发剂和辅料有机的结合在一起，加入玻璃纤维混匀捏合后固化成型，得到了性能优良的复合团状模塑料。将无机纳米粒子填料填充到聚合物中，提高了复合团状模塑料的刚性和韧性，使其弯曲强度可达到165MPa。通过各种原料的加入、混匀和捏合，把无机和有机两种性质悬殊的材料结合在一起，起到了提高复合材料的性能和增加粘接强度的作用，得到了机械强度高，耐冲击，收缩率小等诸多优点的高性能的复合团状模塑料。这种材料可满足低压电器对绝缘材料的特殊要求。
Description
技术领域
本发明属于电力金具复合材料领域，特别涉及一种填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料及其制备方法。
背景技术
BMC(DMC)材料（Bulk（Dough）molding compounds的缩写）即是一种团状模塑料，国内常称作不饱和聚酯团状模塑料；其主要原料由GF（短切玻璃纤维）、UP（不饱和树脂）、MD（填料）以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料，固化成型后即得到团状模塑料。随着电力事业的飞速发展，低压电器的需求量越来越大，对低压电器经济技术指标的要求也越来越高，国外著名的低压电器公司相继推出了新一代低压电器产品。为了提高我国低压电器的设计和制造水平，赶上国际先进水平，加速我国低压电器的更新换代、淘汰落后产品，加速研发新一代的低压电器势在必行。而绝缘材料及其制品是低压电器元件和配电装置及整个配电系统的关键，迫切需要研制出具有绝缘性能高的绝缘材料。
填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料是一种新型的绝缘材料，所制得的电器元件不产生磁滞和涡流的损耗，解决了能源损耗问题。此材料不但具有绝缘性能好、绝缘强度高、机械强度大、抗冲击能力强的特点，而且还具有耐腐蚀、不霉蛀、抗酸碱、抗盐雾、抗霉菌的性能。另外，其耐污性能好，有很好的防臭氧、防紫外线及空气污染的能力；使用寿命长，使用期间无须保养。填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的研制成功满足了低压电器对绝缘材料的特殊要求，可以替代钢，节约资源。对于继续研究利用纳米技术而开发特殊性能的纳米绝缘材料具有重要的指导意义，更为开拓纳米绝缘材料的应用领域开辟了广阔的前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，该团状模塑料采用将无机纳米粒子填充到聚合物中，以提高聚合物复合材料的刚性和韧性，使得弯曲强度达到165MPa。
本发明的再一目的是提供一种填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的制备方法。
本发明的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料通过选用合适的配料组份和添加顺序，将不饱和聚酯树脂、抗收缩剂、无机纳米粒子填料、阻燃剂填料、引发剂和辅料有机的结合在一起，加入玻璃纤维混匀捏合后固化成型，得到了性能优良的复合团状模塑料。将无机纳米粒子填料填充到聚合物中，提高了复合团状模塑料的刚性和韧性，使其弯曲强度可达到165MPa。通过各种原料的加入、混匀和捏合，把无机和有机两种性质悬殊的材料结合在一起，起到了提高复合材料的性能和增加粘接强度的作用，得到了机械强度高，耐冲击，收缩率小等诸多优点的高性能的复合团状模塑料。这种材料可满足低压电器对绝缘材料的特殊要求。
本发明的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料是由以下重量份的原料经固化得到，以不饱和聚酯树脂的重量份为基准，其中：
所述的不饱和聚酯树脂选自邻苯型树脂（如石家庄飞彩化学建材有限公司生产的飞彩牌191＃通用邻苯型树脂）、间苯型树脂（如石家庄飞彩化学建材有限公司生产的飞彩牌902＃通用间苯型树脂）和乙烯基树脂（如无锡市阿尔兹化工有限公司生产的ARZ3001乙烯基酯树脂）中的一种。
所述的抗收缩剂是苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸酯单体和醋酸乙烯酯单体中的一种或几种。
所述的无机纳米粒子填料是晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐。
所述的阻燃剂填料是氢氧化铝。
所述的引发剂是过氧化苯甲酰叔丁脂（TBPB）与过氧化-2-乙基已酸叔丁酯（TBPO）重量比为1：1的复合引发体系，或者是三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）与过氧化二异丙苯（DCP）重量比为3：1的复合引发体系。
所述的辅料是增稠剂、脱模剂、润滑剂、分散剂和偶联剂中的一种或几种。
所述的增稠剂为氧化镁。
所述的脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
所述的润滑剂为BYK-980。
所述的分散剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种。
所述的偶联剂为KH550硅烷偶联剂。
所述的玻璃纤维是长度为4mm-12mm的短切玻璃纤维。
本发明的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的制备方法：以不饱和聚酯树脂的重量份为基准，将10-15重量份的抗收缩剂及0.1-5重量份的无机纳米粒子填料加入到混合机中混合搅拌均匀，再加入30-40重量份的不饱和聚酯树脂混合搅拌均匀，得到树脂糊；将0.2-0.8重量份的引发剂、30-50重量份的阻燃剂填料和5-20重量份的辅料加入到捏合机中混合搅拌均匀（一般混合搅拌的时间为8-10分钟），再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌均匀（一般混合搅拌的时间为8-45分钟）；然后再逐步地、分散地将15-30重量份的玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合，（一般混合搅拌并进行捏合的时间为8-45分钟），得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料。
本发明的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料具有以下效果：
1．填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料利用了无机纳米粒子的比表面积大、表面活性原子多、与聚合物相互作用强等性质，将无机纳米粒子填充到聚合物中，提高了聚合物复合材料的刚性和韧性。该复合团状模塑料较好地利用了纳米技术的优越性，使得弯曲强度可达到165MPa。
2.填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料利用了纳米粒子的特殊表面效应，使其具有一系列不同于普通材料的优异性能，采用本发明的复合团状模塑料制成的样品明显比普通材料制成的样品的模塑收缩小，而且稳定性高。
3.填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料能改善无机组份和聚合物基体的相容性，达到了减小复合团状模塑料的用量和提高阻燃效率的目的，确保了复合团状模塑料的燃烧性在国家机械工业电工材料产品质量中达到FVO级。
4.填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的体系中不含有机溴化物，符合环保要求。
具体实施方式
实施例1
以石家庄飞彩化学建材有限公司生产的飞彩牌191＃通用邻苯型树脂的重量份为基准，将11重量份的苯乙烯单体及0.5重量份晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐加入到混合机中混合搅拌3-8分钟，再加入32重量份的所述的191＃通用邻苯型树脂混合搅拌3-8分钟，得到树脂糊；将0.4重量份的过氧化苯甲酰叔丁脂（TBPB）、0.4重量份的过氧化-2-乙基已酸叔丁酯（TBPO）、40重量份的氢氧化铝和5.5重量份的氧化镁、硬脂酸锌、BYK-980、聚乙烯醇缩丁醛与KH550硅烷偶联剂的混合物（氧化镁：硬脂酸锌：BYK-980：聚乙烯醇缩丁醛：KH550硅烷偶联剂的重量比为1:1:1:1:1）加入到捏合机中混合搅拌8-10分钟，再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌8-45分钟；然后再逐步地、分散地将28重量份的长度为6mm的短切玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合8-45分钟，得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料。
由上述方法制备得到的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其产品性能经国家机械工业电工材料产品质量监督所检测中心进行各项目技术指标的检测，各项指标均己达到预期设计要求。机械强度、震动疲劳、电气性能符合GB/T 2338和GB/T 2324国家标准要求。
普通没有填充无机纳米粒子的非纳米团状模塑料制得的样品与填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料制得的样品在性能上的比较，见表1。
表1
实施例2
以石家庄飞彩化学建材有限公司生产的飞彩牌902＃通用间苯型树脂的重量份为基准，将10重量份的甲基丙烯酸甲酯单体及0.1重量份晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐加入到混合机中混合搅拌3-8分钟，再加入30重量份的所述的902＃通用间苯型树脂混合搅拌3-8分钟，得到树脂糊；将0.15重量份的三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）、0.05重量份的过氧化二异丙苯（DCP）、30重量份的氢氧化铝和5重量份的KH550硅烷偶联剂的混合物加入到捏合机中混合搅拌8-10分钟，再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌8-45分钟；然后再逐步地、分散地将15重量份的长度为12mm的短切玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合8-45分钟，得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料。
实施例3
以石家庄飞彩化学建材有限公司生产的飞彩牌191＃通用邻苯型树脂的重量份为基准，将15重量份的丙烯酸酯单体及5重量份的晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐加入到混合机中混合搅拌3-8分钟，再加入40重量份的所述的191＃通用邻苯型树脂混合搅拌3-8分钟，得到树脂糊；将0.4重量份的过氧化苯甲酰叔丁脂（TBPB）、0.4重量份的过氧化-2-乙基已酸叔丁酯（TBPO）、50重量份的氢氧化铝和20重量份的氧化镁、硬脂酸钙、BYK-980、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇与KH550硅烷偶联剂的混合物（氧化镁、硬脂酸钙、BYK-980、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和KH550硅烷偶联剂的重量比为1:1:1:1:1:1）加入到捏合机中混合搅拌8-10分钟，再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌8-45分钟；然后再逐步地、分散地将30重量份的长度为4mm的短切玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合8-45分钟，得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料。
实施例4
以无锡市阿尔兹化工有限公司生产的ARZ3001乙烯基酯树脂的重量份为基准，将8重量份的苯乙烯单体、4重量份的醋酸乙烯酯单体及4重量份的晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐加入到混合机中混合搅拌3-8分钟，再加入35重量份的所述的ARZ3001乙烯基酯树脂混合搅拌3-8分钟，得到树脂糊；将0.3重量份的过氧化苯甲酰叔丁脂（TBPB）、0.3重量份的过氧化-2-乙基已酸叔丁酯（TBPO）、40重量份的氢氧化铝和8重量份的BYK-980与KH550硅烷偶联剂的混合物（BYK-980与KH550硅烷偶联剂的重量比为1:1）加入到捏合机中混合搅拌8-10分钟，再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌8-45分钟；然后再逐步地、分散地将25重量份的长度为12mm的短切玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合8-45分钟，得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料。
实施例5
以石家庄飞彩化学建材有限公司生产的飞彩牌191＃通用邻苯型树脂的重量份为基准，将13重量份的苯乙烯单体及1.5重量份的晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐加入到混合机中混合搅拌3-8分钟，再加入36重量份的所述的191＃通用邻苯型树脂混合搅拌3-8分钟，得到树脂糊；将0.45重量份的三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）、0.15重量份的过氧化二异丙苯（DCP）、45重量份的氢氧化铝和15重量份的氧化镁、硬脂酸锌、BYK-980与聚醋酸乙烯酯的混合物（氧化镁、硬脂酸锌、BYK-980与聚醋酸乙烯酯的重量比为1:1:1:1）加入到捏合机中混合搅拌8-10分钟，再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌8-45分钟；然后再逐步地、分散地将25重量份的长度为8mm的短切玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合8-45分钟，得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料。
Claims (10)
1.一种填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料是由以下重量份的原料经固化得到，以不饱和聚酯树脂的重量份为基准，其中：
所述的辅料是增稠剂、脱模剂、润滑剂、分散剂和偶联剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的不饱和聚酯树脂选自邻苯型树脂、间苯型树脂和乙烯基树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的抗收缩剂是苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸酯单体和醋酸乙烯酯单体中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的无机纳米粒子填料是晶片的平均厚度为0.5nm≤平均厚度≤75nm的层状硅酸盐。
5.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的阻燃剂填料是氢氧化铝。
6.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的引发剂是过氧化苯甲酰叔丁脂与过氧化-2-乙基已酸叔丁酯重量比为1：1的复合引发体系，或者是三烯丙基异氰脲酸酯与过氧化二异丙苯重量比为3：1的复合引发体系。
7.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的增稠剂为氧化镁；所述的脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙；所述的润滑剂为BYK-980；所述的分散剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种；所述的偶联剂为KH550硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料，其特征是：所述的玻璃纤维是长度为4mm-12mm的短切玻璃纤维。
9.一种根据权利要求1－8任意一项所述的填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的制备方法，其特征是：
以不饱和聚酯树脂的重量份为基准，将10-15重量份的抗收缩剂及0.1-5重量份的无机纳米粒子填料加入到混合机中混合搅拌均匀，再加入30-40重量份的不饱和聚酯树脂混合搅拌均匀，得到树脂糊；将0.2-0.8重量份的引发剂、30-50重量份的阻燃剂填料和5-20重量份的辅料加入到捏合机中混合搅拌均匀，再加入上述得到的全部树脂糊并混合搅拌均匀；然后再逐步地、分散地将15-30重量份的玻璃纤维加入到捏合机中混合搅拌并进行捏合，得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料的料团状预浸料，在温度为150℃-170℃时，固化成型得到填充了无机纳米粒子的复合团状模塑料；
所述的辅料是增稠剂、脱模剂、润滑剂、分散剂和偶联剂中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征是：引发剂、阻燃剂填料、辅料及树脂糊在捏合机中进行混合搅拌的时间为8-45分钟；
引发剂、阻燃剂填料、辅料、树脂糊及玻璃纤维在捏合机中进行混合搅拌并进行捏合的时间为8-45分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140115 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |