CN105462281A - 一种混杂增强的片状模塑料及其制备方法 - Google Patents

一种混杂增强的片状模塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种混杂增强的片状模塑料，其原料组成及重量份比为：玻璃纤维10～27、碳纤维0.1～1、晶须0.1～2、不饱和树脂10～15、低收缩添加剂8～11、促进剂0.5～1.5、引发剂0.2～0.35、交联剂0.5～1、阻聚剂0.06～0.08、脱模剂0.8～1.1、增稠剂0.5～0.7、无机矿物填料20～45，晶须为氧化锌晶须、硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种，制备时，先将不饱和树脂、晶须、碳纤维与各添加剂混合得到树脂糊，再将树脂糊与玻璃纤维混合压延成片材，然后将片材入库稠化即可。该设计不仅改善了机械性能，而且制备工艺简单。

Description

一种混杂增强的片状模塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体为一种混杂增强的片状模塑料及其制备方法，适用于改善机械性能、简化制备工艺。
背景技术
片状模塑料（SMC）是重要的增强热固性塑料，由于其性能较高、成型工艺简单、可大规模生产和达到A级表面等优势，已大量应用于汽车的扰流板、后裙板、气门室罩盖、油底壳等部件。目前，用于SMC的增强材料主要是短切玻璃纤维。为适应更严厉的使用工况，需提高SMC制品的刚性和强度，可用高性能的碳纤维（CF）部分或全部替代玻璃纤维，制备玻璃纤维和碳纤维混杂增强的SMC复合材料。
中国专利：授权公告号CN102504492B、授权公布日2014年3月5日的发明专利公开了一种碳纤维与玻璃纤维混杂增强的片状模塑料及其生产工艺，该碳纤维与玻璃纤维混杂增强的片状模塑料主要由树脂糊Ⅰ、树脂糊Ⅱ、增稠剂、碳纤维、玻璃纤维组成，生产时，先分别配制树脂糊Ⅰ、树脂糊Ⅱ和增稠剂，分别混合树脂糊与增稠剂，再分别将树脂糊Ⅰ与短切碳纤维、树脂糊Ⅱ与短切玻璃纤维在SMC机组上浸渍，然后将浸渍的短切玻璃纤维均匀地置于浸渍的短切碳纤维上面，经压实机压力复合，制成碳纤维与玻璃纤维混杂的片材，片材经包装、熟化后模压成片状模塑料成品。虽然该发明的材料成本较低，但其不仅需要两套单独的配制、混合和浸渍生产线，使得工艺复杂，而且将浸渍的短切玻璃纤维置于浸渍的短切碳纤维上复合并不能实现玻璃纤维与碳纤维的充分混合，该片状模塑料容易因纤维分布不均匀而导致其机械性能不佳。
因此，如何提高玻璃纤维增强SMC制品的刚性和强度、使其性能均一、原材料成本低廉、制备过程简单，且能达到最终推广应用的目的，成为目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的机械性能不佳、工艺复杂的问题，提供一种机械性能优良、工艺简单的混杂增强的片状模塑料及其制备方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种混杂增强的片状模塑料，其原料组成及重量份比为：玻璃纤维10～27、碳纤维0.1～1、晶须0.1～2、不饱和树脂10～15、低收缩添加剂8～11、促进剂0.5～1.5、引发剂0.2～0.35、交联剂0.5～1、阻聚剂0.06～0.08、脱模剂0.8～1.1、增稠剂0.5～0.7、无机矿物填料20～45，其中，所述晶须为氧化锌晶须、硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种。
所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度在1～3mm的短切碳纤维，所述晶须为钛酸钾晶须或钛酸钾晶须与硫酸镁晶须的混合物。
所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为碳酸钙、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。
一种所述混杂增强的片状模塑料的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一：先将不饱和树脂、低收缩添加剂、促进剂、引发剂、交联剂、脱模剂按比例混合，再添加无机矿物填料、晶须和碳纤维混匀，然后加入阻聚剂、增稠剂以得到树脂糊；
步骤二：先将树脂糊与玻璃纤维混合压延成型以得到混杂片材，再将所述片材卷曲、打包、标识、称量后入库稠化，即得到混杂增强的片状模塑料。
所述步骤二中，稠化温度为35～45℃，稠化时间为35～45h。
所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度在1～3mm的短切碳纤维，所述晶须为钛酸钾晶须或钛酸钾晶须与硫酸镁晶须的混合物。
所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为碳酸钙、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种混杂增强的片状模塑料的原料组成及重量份比为：玻璃纤维10～27、碳纤维0.1～1、晶须0.1～2、不饱和树脂10～15、低收缩添加剂8～11、促进剂0.5～1.5、引发剂0.2～0.35、交联剂0.5～1、阻聚剂0.06～0.08、脱模剂0.8～1.1、增稠剂0.5～0.7、无机矿物填料20～45，其中，晶须为氧化锌晶须、硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种，一方面，该配方以不饱和树脂作为基体材料，同时添加玻璃纤维、碳纤维、晶须填料，不仅有效降低了片状模塑料的密度，而且其各项机械性能也得到显著提高，另一方面，由于该配方中碳纤维和晶须的质量份数都较低，而其他组分如无机矿物填料、脱模剂、增稠剂的价格均较低，所以原材料的成本低廉。因此，本发明不仅提高了片状模塑料的各项机械性能，而且成本低廉。
2、本发明一种混杂增强的片状模塑料的制备方法先制备添加有碳纤维、晶须的树脂糊，再将树脂糊与玻璃纤维混合压延成片材，然后入库稠化即可，该设计不仅可直接采用原有的玻璃纤维SMC片材生产线，即一条生产线即可完成配制和混合，使得制备工艺简单，适用于工业化生产，而且由于树脂糊已预先添加了碳纤维，所以在压延成型的过程中碳纤维与玻璃纤维能够分散均匀，从而保证了制备得到的片状模塑料具有优良的机械性能。因此，本方法不仅工艺简单，而且保证了产品具有优良的机械性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种混杂增强的片状模塑料，其原料组成及重量份比为：玻璃纤维10～27、碳纤维0.1～1、晶须0.1～2、不饱和树脂10～15、低收缩添加剂8～11、促进剂0.5～1.5、引发剂0.2～0.35、交联剂0.5～1、阻聚剂0.06～0.08、脱模剂0.8～1.1、增稠剂0.5～0.7、无机矿物填料20～45，其中，所述晶须为氧化锌晶须、硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种。
所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度在1～3mm的短切碳纤维，所述晶须为钛酸钾晶须或钛酸钾晶须与硫酸镁晶须的混合物。
所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为碳酸钙、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。
一种所述混杂增强的片状模塑料的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一：先将不饱和树脂、低收缩添加剂、促进剂、引发剂、交联剂、脱模剂按比例混合，再添加无机矿物填料、晶须和碳纤维混匀，然后加入阻聚剂、增稠剂以得到树脂糊；
步骤二：先将树脂糊与玻璃纤维混合压延成型以得到混杂片材，再将所述片材卷曲、打包、标识、称量后入库稠化，即得到混杂增强的片状模塑料。
所述步骤二中，稠化温度为35～45℃，稠化时间为35～45h。
所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度在1～3mm的短切碳纤维，所述晶须为钛酸钾晶须或钛酸钾晶须与硫酸镁晶须的混合物。
所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为碳酸钙、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。
本发明的原理说明如下：
本发明充分利用了碳纤维、晶须的抗拉强度高、密度小的特点，以不饱和树脂作为基体材料，同时加入玻璃纤维、碳纤维和晶须填料。由于碳纤维和晶须的加入，使得玻璃纤维的质量份数大大降低，因此混杂增强的片状模塑料的密度得到降低；而且碳纤维的抗拉强度明显高于玻璃纤维，晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维，具有优良的补强效果，所以混杂增强的片状模塑料的各项机械性能（包括拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度等）显著提高。
在制备SMC片材时，加入的玻璃纤维和碳纤维通常为切短的纤维。而当纤维切到25～26mm长度之后，在混合搅拌的过程中极易缠在搅拌头上，再加上树脂糊粘度大，导致纤维与树脂糊在搅拌过程中难以分散均匀。因此在实际生产中，一般都采用在压延之前于压延线上同时切短玻璃纤维的方式，可是混杂玻璃纤维和碳纤维就需分别配制切玻璃纤维和碳纤维的两条生产线；另外，由于本发明选择的碳纤维的含量很少，且其长度为1～3mm，因此不易缠在搅拌头上（如果长度大于6mm，则极易缠结，导致分散不均匀）。鉴于该点，本发明制备方法将短切碳纤维和晶须先加到树脂糊中，且不改变原有的玻璃纤维SMC生产线和成型方式，在压延线上与玻璃纤维混合，可保证三者均匀分散。
实施例1：
一种混杂增强的片状模塑料，其原料组成及重量份比为：玻璃纤维20、碳纤维0.6、晶须0.5、不饱和树脂10、低收缩添加剂8、促进剂0.5、引发剂0.2、交联剂0.5、阻聚剂0.06、脱模剂0.8、增稠剂0.5、无机矿物填料34，其中，所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度是3mm的短切碳纤维，所述晶须为钛酸钾晶须，所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为双飞粉。
制备时，依次按照以下步骤进行：
步骤一：先将不饱和树脂、低收缩添加剂、促进剂、引发剂、交联剂、脱模剂按比例混合，再添加无机矿物填料、晶须和碳纤维混匀，然后加入阻聚剂、增稠剂以得到树脂糊；
步骤二：先将树脂糊与玻璃纤维混合压延成型以得到混杂片材，再将所述片材卷曲、打包、标识、称量后入库稠化，即得到混杂增强的片状模塑料，其中，所述稠化温度为35℃，稠化时间为35h。
先对本实施例制备得到的片状模塑料的性能进行检测，结果如下：
密度1.79g/cm3，拉伸强度100MPa，弯曲强度173MPa，弯曲模量12.3GPa，冲击强度151kJ/m2。
实施例2：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述片状模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维25、碳纤维1、晶须1、不饱和树脂15、低收缩添加剂11、促进剂1.5、引发剂0.35、交联剂1、阻聚剂0.08、脱模剂1.1、增稠剂0.7、无机矿物填料20，所述碳纤维为长度是2mm的短切碳纤维，所述晶须为硫酸镁晶须，所述无机矿物填料为碳酸钙。
步骤二中，所述稠化温度为38℃，稠化时间为45h。
本实施例制备得到的片状模塑料的性能检测结果如下：
密度1.81g/cm3，拉伸强度111MPa，弯曲强度215MPa，弯曲模量11.8GPa，冲击强度195kJ/m2。
实施例3：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述片状模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维22、碳纤维0.4、晶须2、不饱和树脂14.9、低收缩添加剂10.8、促进剂1.35、引发剂0.32、交联剂0.8、阻聚剂0.08、脱模剂1.08、增稠剂0.68、无机矿物填料35，所述碳纤维为长度是1mm的短切碳纤维，所述晶须为氧化锌晶须与硫酸镁晶须的混合物，所述无机矿物填料为凹凸棒土。
步骤二中，所述稠化温度为40℃，稠化时间为40h。
本实施例制备得到的片状模塑料的性能检测结果如下：
密度1.72g/cm3，拉伸强度110MPa，弯曲强度197MPa，弯曲模量9.7GPa，冲击强度132kJ/m2。
实施例4：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述片状模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维10、碳纤维0.1、晶须1.5、不饱和树脂13、低收缩添加剂10、促进剂0.7、引发剂0.25、交联剂0.7、阻聚剂0.07、脱模剂0.9、增稠剂0.6、无机矿物填料30，所述碳纤维为长度是1mm的短切碳纤维，所述无机矿物填料为滑石粉。
步骤二中，所述稠化温度为38℃，稠化时间为42h。
本实施例制备得到的片状模塑料的性能检测结果如下：
密度1.69g/cm3，拉伸强度101MPa，弯曲强度121MPa，弯曲模量9.4GPa，冲击强度146kJ/m2。
实施例5：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述片状模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维25、碳纤维0.8、晶须0.5、不饱和树脂13、低收缩添加剂9、促进剂1.05、引发剂0.3、交联剂0.9、阻聚剂0.07、脱模剂1.0、增稠剂0.7、无机矿物填料45，所述碳纤维为长度是2mm的短切碳纤维，所述晶须为氧化锌晶须，所述无机矿物填料为凹凸棒土。
步骤二中，所述稠化温度为42℃，稠化时间为35h。
本实施例制备得到的片状模塑料的性能检测结果如下：
密度1.84g/cm3，拉伸强度103MPa，弯曲强度166MPa，弯曲模量10.7GPa，冲击强度158kJ/m2。
实施例6：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述片状模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维27、碳纤维1、晶须0.1、不饱和树脂12、低收缩添加剂9.8、促进剂1、引发剂0.28、交联剂0.7、阻聚剂0.06、脱模剂0.9、增稠剂0.6、无机矿物填料40，所述碳纤维为长度是2mm的短切碳纤维，所述晶须为硫酸镁晶须，所述无机矿物填料为滑石粉和双飞粉的混合物。
步骤二中，所述稠化温度为40℃，稠化时间为45h。
本实施例制备得到的片状模塑料的性能检测结果如下：
密度1.80g/cm3，拉伸强度106MPa，弯曲强度190MPa，弯曲模量10.6GPa，冲击强度168kJ/m2。
对比例：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述对比片状模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维27、不饱和树脂15、低收缩添加剂10.8、促进剂1.3、引发剂0.3、交联剂0.8、阻聚剂0.08、脱模剂1.1、增稠剂0.7、无机矿物填料45，所述无机矿物填料为滑石粉和双飞粉的混合物。
步骤二中，所述稠化温度为45℃，稠化时间为45h。
该对比片状模塑料的性能检测结果如下：
密度1.88g/cm3，拉伸强度59MPa，弯曲强度91MPa，弯曲模量8.2GPa，冲击强度80kJ/m2。
通过比较实施例与对比例，可以发现，添加碳纤维和晶须后，片状模塑料不仅密度有所降低，而且其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度均显著提高，也就是说片状模塑料的机械性能得到了有效改善。

Claims (7)

1.一种混杂增强的片状模塑料，其特征在于：
所述模塑料的原料组成及其重量份比为：玻璃纤维10～27、碳纤维0.1～1、晶须0.1～2、不饱和树脂10～15、低收缩添加剂8～11、促进剂0.5～1.5、引发剂0.2～0.35、交联剂0.5～1、阻聚剂0.06～0.08、脱模剂0.8～1.1、增稠剂0.5～0.7、无机矿物填料20～45，其中，所述晶须为氧化锌晶须、硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种混杂增强的片状模塑料，其特征在于：所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度在1～3mm的短切碳纤维，所述晶须为钛酸钾晶须或钛酸钾晶须与硫酸镁晶须的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种混杂增强的片状模塑料，其特征在于：所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为碳酸钙、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。
4.一种权利要求1所述的混杂增强的片状模塑料的制备方法，其特征在于：
所述制备方法依次包括以下步骤：
步骤一：先将不饱和树脂、低收缩添加剂、促进剂、引发剂、交联剂、脱模剂按比例混合，再添加无机矿物填料、晶须和碳纤维混匀，然后加入阻聚剂、增稠剂以得到树脂糊；
步骤二：先将树脂糊与玻璃纤维混合压延成型以得到混杂片材，再将所述片材卷曲、打包、标识、称量后入库稠化，即得到混杂增强的片状模塑料。
5.根据权利要求4所述的一种混杂增强的片状模塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，稠化温度为35～45℃，稠化时间为35～45h。
6.根据权利要求4或5所述的一种混杂增强的片状模塑料的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维为长度在25～26mm的无碱无捻玻璃纤维，所述碳纤维为长度在1～3mm的短切碳纤维，所述晶须为氧化锌晶须、硫酸镁晶须、钛酸钾晶须中的至少一种。
7.根据权利要求4或5所述的一种混杂增强的片状模塑料的制备方法，其特征在于：所述不饱和树脂为邻苯型不饱和树脂，所述低收缩添加剂为阻燃型环氧基乙烯基树脂，所述促进剂为邻苯型预促进树脂，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯，所述交联剂为苯乙烯，所述阻聚剂为对苯醌，所述脱模剂为硬脂酸，所述增稠剂为氧化镁，所述无机矿物填料为碳酸钙、滑石粉、双飞粉、凹凸棒土中的至少一种。
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