CN103552257B - 一种高强度高阻燃玻璃钢复合材料frp板制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板制造方法，将间苯型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、50mm长高强度玻璃短切纤维、高阻燃无机填料及助降粘剂、固化剂，通过SMC机组生产成高强度SMC片状模塑料，高强度SMC片状模塑料配合多层聚酯玻璃方格布，叠加，冷压预成型，再采用2000吨热压机成型，成型后采用数控机床加工，制成所需的结构件。本发明通过改进FRP板的材料的选型，新的成型工艺，制成高强度、高阻燃的FRP复合玻璃钢材料，广泛应用于地铁轨道交通，电气、汽车、轨道交通、建筑、飞机机场建设等防火等级为A级要求的行业。
Description
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，涉及一种高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板制造方法，特别是通过SMC工艺生产高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板，用作建筑装饰材料。
背景技术
SMC/BMC作为一种热固性复合材料之一，他们起步于上世纪50年代，发展于上世纪80年代，SMC/BMC热固性复合材料是将树脂、玻纤、填料等原辅料通过特定工艺生产，BMC热固性复合材料特别适应于结构较复杂性能要求高尺寸精确的制品的规模化生产的BMC制品。
SMC/BMC模压制品通过SMC/BMC模压成型工艺生产制造。SMC/BMC模压制品主要产品有汽车零部件，卫星天线反射面，建筑用门，绝缘子，接线端子，电表箱，断路器外壳，音响设备壳体，水箱，浴具，桌椅，低压电器，高速公路防眩板，沼气池壳等SMC/BMC模压制品。
FRP--(Fiber Reinforced Plastics)纤维增强复合塑料，根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料(GFRP)，碳纤维增强复合塑料(CFRP)，硼纤维增强复合塑料等；纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。根据纤维的长短，FRP可分为短纤维增强复合塑料和长纤维(或称连续纤维)增强复合材料塑料。根据纤维性能可以分为高性能纤维复合材料和工程复合材料。
FRB特性
(1)轻质高强
相对密度在1.5-2.0之间，只有碳钢的1/4-1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。
(2)耐腐蚀性能好
FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。
(3)电性能好
是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。
(4)热性能良好
FRP热导率低，室温下为1.25-1.67kJ/(m·h·K)，只有金属的1/100-1/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。
(5)可设计性好
①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。②可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。
(6)工艺性优良
①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。
FBR存在的缺点
不能要求一种FRP来满足所有要求，FRP不是万能的，FRP也有以下一些不足之处。
(1)弹性模量低：FRP的弹性模量比木材大两倍，但仅是钢(E＝2.1×106)的十分之一，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形。可以做成薄壳结构、夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。
(2)长期耐温性差：一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧FRP在60℃以上，强度有明显下降。但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200-300℃是可能的。
(3)老化现象：老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。
(4)层间剪切强度低：层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。
FBR生产方法
FRP生产方法基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。
①手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。
②喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。
③模压法：主要使用国家有德国等。
④RTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。
我国有90％以上的FRP产品是手糊法生产的，其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本的手糊法仍占50％。从世界各国来看，手糊法仍占相当比重，说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型，设备简单，费用少，一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低，生产周期长，质量不稳定。近年来，我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备，随着FRP工业的发展，新的工艺方法将会不断出现。
FBR在我国学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”，这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958年提出的，由建材系统扩至全国，现在还普遍地采用着。由此可见，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，无疑地，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面了。
FRP玻璃钢复合板在轨道交通和机场建设防火和强度技术要求见表1，防火等级技术要求见表2
表1 FRP玻璃钢复合板在轨道交通和机场建设防火和强度技术要求
表2 防火等级技术要求
| CLASSA | CLASSB | CLASSC | |
| 火焰传播指数，FSI | 0-25 | 26-75 | 76-200 |
| 烟气发展指数,SDI | 0-450 | 0-450 | 0-450 |
被测样品火焰传播指数是5，烟雾发展指数45，符合内墙和天花板装饰材料CLASS A级别要求。
发明内容
本发明目的一种高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板制造方法，通过SMC模压成型工艺生产制造高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板。
实现发明目的技术方案：
一种高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板制造方法，将间苯型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、50mm长高强度玻璃短切纤维、高阻燃无机填料及助降粘剂、固化剂，通过SMC机组生产成高强度SMC片状模塑料，高强度SMC片状模塑料配合多层聚酯玻璃方格布，叠加，冷压预成型，再采用2000吨热压机成型，成型后采用数控机床加工，制成所需的结构件。
所述的间苯型不饱和聚酯树脂是palatal A407-901
所述的乙烯基树脂是palapreg P104-02
所述的高阻燃无机填料是高纯度氢氧化铝，氢氧化铝重量含量≥64％。
所述的助降粘剂是BYK-9010、BYK-9076、BYK-9012、BYK-972
所述的固化剂是过氧化物过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB).
冷压预成型温度是40-50℃，压力是1-3MPa
热压成型温度是145-150℃，压力是15-20MPa
发明效果
通过本发明制造方法生产的高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板性能见表3，阻燃等级达到CLASS A，最高使用温度达到200℃，受压强度达到365N/mm2。本发明通过改进FRP板的材料的的选型，新的成型工艺，制成高强度、高阻燃的FRP复合玻璃钢材料，广泛应用于地铁轨道交通，电气、汽车、轨道交通、建筑、飞机机场建设等防火等级为A级要求的行业。
| 序号 | 项次 | 执行标准 | 单位 | 指标要求 | 数值 |
| 1 | 火焰传播指数 | ASTME84 | ≤25 | 5 | |
| 2 | 烟气发展指数 | ASTME84 | ≤450 | 45 | |
| 3 | 热传导系数 | ASTMC177 | w/(mk) | ≤0.3在24℃下 | 0.25 |
| 4 | 最高使用温度 | ASTMC447 | ℃ | 96 | 200 |
| 5 | 受压强度 | ASTMC165 | N/mm2 | ≥350 | 365 |
表3 发明产品的技术指标
具体实施方式
实施例1
将20kg间苯型不饱和聚酯树脂palatal A407-901、15kg乙烯基树脂palapreg P104-02、64kg高阻燃无机填料高纯度氢氧化铝、1.5kg降粘剂BYK-9010、0.5kg BYK-972、0.5kg固化剂TBPB等材料，在高速分散机中混合均匀,与20kg高强度玻璃短切纤维(纤维长为50mm)通过SMC机组生产成高强度SMC片状模塑料。
将质量配比30％高强度片状模塑料配合70％多层聚酯玻璃方格布，叠加，冷压预成型,冷压预成型温度是40-50℃，压力是1-3MPa。
将冷压成型的料用2000吨热压成型机成型，热压成型温度是145-150℃，压力是15-25MPa，成型后采用数控机床加工，制成所需的结构件。
实施例2
将间苯型不饱和聚酯树脂palatal A407-901，10kg、乙烯基树脂palapreg P104-02，25kg、高阻燃无机填料高纯度氢氧化铝64kg、1kg助降粘剂BYK-9012、0.5kg BYK-9076、0.6kg固化剂TBPB等材料，在高速分散机中混合均匀,与30kg高强度玻璃短切纤维(纤维长为50mm)通过SMC机组生产成高强度SMC片状模塑料，再以质量配比35％高强度片状模塑料加65％多层聚酯玻璃方格布，叠加，冷压预成型,冷压预成型温度是40-50℃，压力是1-3MPa。将冷压成型的料用2000吨热压机成型，热压成型温度是145-150℃，压力是15-25MPa，成型后采用数控机床加工，制成所需的结构件。
实施例生产的产品阻燃等级达到CLASS A，最高使用温度达到200℃，受压强度达到365N/mm2。本发明通过改进FRP板的材料的的选型，新的成型工艺，制成高强度、高阻燃的FRP复合玻璃钢材料，广泛应用于地铁轨道交通，电气、汽车、轨道交通、建筑、飞机机场建设等防火等级为A级要求的行业。
Claims (1)
1.一种高强度高阻燃玻璃钢复合材料FRP板制造方法，将间苯型不饱和聚酯树脂palatal A407-901、乙烯基树脂palapreg P104-02、50mm长高强度玻璃短切纤维、高阻燃无机填料及助降粘剂、固化剂，通过SMC机组生产成高强度SMC片状模塑料，高强度SMC片状模塑料配合多层聚酯玻璃方格布，叠加，冷压预成型，再采用2000吨热压机成型，成型后采用数控机床加工，制成所需的结构件；所述的高阻燃无机填料是高纯度氢氧化铝；所述的助降粘剂是BYK-9010、BYK-9076；所述的固化剂是过氧化物TBPB；冷压预成型温度是40-50℃，压力是1-3MPa；热压成型温度是145-150℃，压力是15-20MPa。
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