CN104017334A - 一种高模量片状模塑料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高模量片状模塑料（SMC材料）的制备方法。该SMC材料由乙烯基树脂、高模量碳纤维、低收缩剂、无机矿物填料、润湿分散剂、偶联剂、固化剂、增稠剂、脱模剂等组成。用高模量的碳纤维代替玻璃纤维添加至SMC材料中，以提高SMC材料的强度和模量。

Description

一种高模量片状模塑料及其生产方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及高模量片状模塑料的生产加工技术。

背景技术

片状模塑料（SMC）是近几年国内发展起来的高强度复合材料。该材料玻璃纤维的含量高，应用了连续长纤维或定向排布长纤维，从而提高了材料的机械强度。片状模塑料的开发是和汽车工业近年来对于生产重量轻的节油汽车及降低生产过程中能耗的需要分不开的。目标是以较低的成本制得的零件代替车身大部分金属结构部件，如门梁、外壳、保险杠和车轮等。在航空、造船、兵器工业中也需要重量轻、性能好的片状模塑料，从而进一步促进了它的发展。

目前SMC材料的填充纤维为玻璃纤维，且含量较高。相比而言，碳纤维有更轻的质量和更高的强度。作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。

高模量碳纤维是一种具有独特性能的军民两用的工业材料，已广泛用于航天、航空、运动器材、高档民品等先进复合材料的增强体。应当指出的是高模量碳纤维除具有轻质、高强特性外，还具有超高模、高导热、高导电、低热膨胀系数等特性，最适用于昼夜温差大的环境，用它作为增强体可以制备出热膨胀系数为零的各种结构型和功能型复合材料，已成为解决外层空间结构和功能复合材料不可或缺的增强体。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种高模量片状模塑料及其生产方法，利用M50J和M60J的高强高模特点，代替传统的玻璃纤维添加至SMC材料中，制备高模量的SMC材料。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种高模量片状模塑料，有以下重量份的原料组成，并经过聚合反应得到，其中：

乙烯基树脂          60～100份；

高模量炭纤维        60～140份；

低收缩剂            30～50份；

无机矿物填料        130～230份；

润湿分散剂          1～4份；

偶联剂              1～5份；

固化剂              1～4份；

增稠剂              1～5份；

脱模剂              2～10份。

作为优选，各原料的含量如下：

乙烯基树脂          80份；

高模量炭纤维        120份；

低收缩剂            35份；

无机矿物填料        100份；

润湿分散剂          1.5份；

偶联剂              2份；

固化剂              1份；

增稠剂              2.5份；

脱模剂              4份。

作为优选，所述乙烯基树脂为环氧乙烯基树脂。

作为优选，所述低收缩剂为PVAc、PS或PMMA中的任一种；所述固化剂为TBPB或TBPB与TBPO复合引发体系，其中TBPB/TBPO的重量配比为0.6-0.9/0.1-0.4；所述脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙中的任意一种。

作为优选，所述无机矿物填料为氢氧化铝。

作为优选，所述润湿分散剂为含有酸性集团的共聚物。

作为优选，所述偶联剂为含有苯乙烯基的反应型偶联剂。

本发明另一目的是提供一种上述高模量片状模塑料的生产方法，包括以下步骤：

步骤一、首先，将称量好的乙烯基树脂、低收缩剂、无机矿物填料、润湿分散剂、固化剂和脱模剂投入高速剪切机中充分搅拌均匀后，迅速投入增稠剂，并高速搅拌均匀，形成树脂糊；

步骤二、然后，将分散好的树脂糊刮涂在两片尼龙膜上，并将短切高模量炭纤维均匀分散在两片尼龙膜之间；

步骤三、接着，通过压力辊对尼龙膜进行压辊，使树脂糊与短切高模量炭纤维浸透混合一体，形成夹芯结构；

步骤四、最后，进行收卷制成SMC卷，并送入熟化室快速增稠45h以上，使树脂充分浸透纤维，完成。

进一步改进，步骤三中压力辊对尼龙膜进行压辊形成夹芯结构后，还需经过调整辊距排除夹芯结构中的空气。

作为优选，所述高模量炭纤维采用M50J或M60J。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：利用高模量炭纤维的特性代替传统的玻璃纤维添加至SMC材料中，并通过反复的试验开发出适合高模量炭纤维的生产工艺方法，并制备的高模量的SMC材料相对现有技术具有跟高强度和模量。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明就利用M50J和M60J的高强高模特点，代替传统的玻璃纤维添加至SMC材料中，并通过反复的试验开发出适合高模量炭纤维的生产工艺方法，并制备出高模量的SMC材料。以下就具体制备过程进行说明。

实施例

一种高模量SMC材料，其原材料组成按重量分数为：乙烯基树脂 80份、高模量炭纤维M50J120份、PVAc低收缩树脂 35份、1500目氢氧化铝100份、BYK-9010 1.5份、DOW CORNING Z-6032 2份、TBPB 1份、TBPO 0.43份、氧化镁2.5份、硬脂酸锌 4份。

将上述乙烯基树脂、PVAc低收缩树脂、氢氧化铝、BYK-9010、DOW CORNING Z-6032、TBPB、TBPO、硬脂酸锌按配方量投入高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在1000rpm，搅拌8分钟，迅速投入氧化镁增稠剂，在高速搅拌1分钟，即快速转移放出至SMC机组的两个储糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均匀涂敷上2mm厚的树脂糊。连续碳纤维通过圆形切到组切成30mm长度，短切碳纤维均匀散落在下层树脂糊上，通过压力辊，使树脂糊与纤维浸透混合一体，再经调整辊距排除空气，收卷装置绕成SMC卷，然后进入40℃熟化室进行快速增稠，经45小时后达到树脂充分浸透碳纤维，即完成本发明的一种高模量SMC材料的制备。

压制标准样条测试弯曲强度为弯曲强度是400MPa，弯曲模量是16000MPa。

对比例

一种常规SMC材料，其原材料组成按重量分数为：乙烯基树脂 80份、玻璃纤维 120份、PVAc低收缩树脂 35份、1500目氢氧化铝100份、BYK-9010 1.5份、DOW CORNING Z-6032 2份、TBPB 1份、TBPO 0.43份、氧化镁2.5份、硬脂酸锌 4份。

将上述乙烯基树脂、氢氧化铝、TBPB、TBPO、硬脂酸锌按配方量投入高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在1000rpm，搅拌8分钟，迅速投入氧化镁增稠剂，在高速搅拌1分钟，即快速转移放出至SMC机组的两个储糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均匀涂敷上2mm厚的树脂糊，连续玻璃纤维通过圆形切到组切成30mm长度，短切玻璃纤维均匀散落在下层树脂糊上，通过压力辊，使树脂糊与纤维浸透混合一体，再经调整辊距排除空气，收卷装置绕成SMC卷，然后进入40℃熟化室进行快速增稠，经45小时后达到树脂充分浸透碳纤维，即完成本发明的一种常规型SMC材料的制备。

压制标准样条测试弯曲强度为弯曲强度是120MPa，弯曲模量是11000MPa。

通过实施例和对比例可以看出用M50J碳纤维代替传统的玻璃纤维制得的SMC材料获得了更高的强度和模量，实现了高强高模的特点。

Claims (10)

1.一种高模量片状模塑料，其特征在于：有以下重量份的原料组成，并经过聚合反应得到，其中：

乙烯基树脂          60～100份；

高模量炭纤维        60～140份；

低收缩剂            30～50份；

无机矿物填料        130～230份；

润湿分散剂          1～4份；

偶联剂              1～5份；

固化剂              1～4份；

增稠剂              1～5份；

脱模剂              2～10份。

2.根据权利要求1所述高模量片状模塑料，其特征在于：各原料的含量如下：

乙烯基树脂          80份；

高模量炭纤维        120份；

低收缩剂            35份；

无机矿物填料        100份；

润湿分散剂          1.5份；

偶联剂              2份；

固化剂              1份；

增稠剂              2.5份；

脱模剂              4份。

3.根据权利要求1或2所述高模量片状模塑料，其特征在于：所述乙烯基树脂为环氧乙烯基树脂。

4.根据权利要求1或2所述高模量片状模塑料，其特征在于：所述低收缩剂为PVAc、PS或PMMA中的任一种；所述固化剂为TBPB或TBPB与TBPO复合引发体系，其中TBPB/TBPO的重量配比为0.6-0.9/0.1-0.4；所述脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙中的任意一种。

5.根据权利要求1或2所述高模量片状模塑料，其特征在于：所述无机矿物填料为氢氧化铝。

6.根据权利要求1或2所述高模量片状模塑料，其特征在于：所述润湿分散剂为含有酸性集团的共聚物。

7.根据权利要求1或2所述高模量片状模塑料，其特征在于：所述偶联剂为含有苯乙烯基的反应型偶联剂。

8.一种权利要求1～7任一所述高模量片状模塑料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、首先，将称量好的乙烯基树脂、低收缩剂、无机矿物填料、润湿分散剂、固化剂和脱模剂投入高速剪切机中充分搅拌均匀后，迅速投入增稠剂，并高速搅拌均匀，形成树脂糊；

步骤二、然后，将分散好的树脂糊刮涂在两片尼龙膜上，并将短切高模量炭纤维均匀分散在两片尼龙膜之间；

步骤三、接着，通过压力辊对尼龙膜进行压辊，使树脂糊与短切高模量炭纤维浸透混合一体，形成夹芯结构；

步骤四、最后，进行收卷制成SMC卷，并送入熟化室快速增稠45h以上，使树脂充分浸透纤维，完成。

9.根据权利要求8所述高模量片状模塑料的生产方法，其特征在于：步骤三中压力辊对尼龙膜进行压辊形成夹芯结构后，还需经过调整辊距排除夹芯结构中的空气。

10.根据权利要求9所述高模量片状模塑料的生产方法，其特征在于：所述高模量炭纤维采用M50J或M60J。