CN106397932B - 一种玻璃钢检查井用复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃钢检查井材料技术领域，具体涉及一种玻璃钢检井查用复合材料及其制备方法，所述玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂30‑40份、环氧树脂20‑30份、酚醛树脂10‑15份、玄武岩短纤维6‑16份、碳纤维4‑6份、纳米粒子2‑3份、偶联剂2‑4份、交联剂2‑3份、增塑剂1‑2份、复合稳定剂3‑6份，所述纳米粒子为纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的混合物，其制备方法简单易行，效果好，本发明通过合理配置原料组份，制得的玻璃钢综合性能优异，使玻璃钢检查井不仅耐热性好，且具有质量轻、强度高、刚度大、闭水密封性好、耐腐蚀、耐酸碱、使用寿命长等优点。

Description

一种玻璃钢检查井用复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃钢检查井材料领域，具体涉及一种玻璃钢检查井用复合材料及其制备方法。

背景技术

检查井是为城市地下基础设施的供电、给水、排水、通讯、有线电视、煤气管、路灯线路等维修及安装方便而设置的。一般设在管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、以及直线管段上每隔一定距离处，以便于定期检查附属构筑物。

玻璃钢检查井已成为应用较广泛的检查井之一，具有轻质高强、耐腐蚀、电性能好、热能性良好等优点，但是玻璃钢不能在高温下长期使用，通用聚酯玻璃钢在 50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧玻璃钢在 60℃以上，强度有明显下降。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种玻璃钢检查井用复合材料及其制备方法，通过合理配置原料组份， 制得的玻璃钢综合性能优异， 使玻璃钢检查井不仅耐热性好，且具有质量轻、强度高、刚度大、闭水密封性好、耐腐蚀、耐酸碱、使用寿命长等优点。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 30-40 份、环氧树脂 20-30 份、酚醛树脂 10-15份、玄武岩短纤维6-16 份、碳纤维4-6 份、纳米粒子2-3份、偶联剂 2-4 份、交联剂 2-3份、增塑剂 1-2 份、复合稳定剂 3-6 份。

进一步的，所述玄武岩短纤维、碳纤维和纳米粒子的质量比为4:2:1。

进一步的，所述纳米粒子为纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的混合物，所述纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的质量比为 2:6:3。

进一步的，所述玄武岩短纤维的长度为2-5mm，碳纤维的长度为 5-10mm。

进一步的，所述复合稳定剂为抗氧化剂、润滑剂、阻燃剂的混合物，所述抗氧化剂、润滑剂、阻燃剂的质量比为 1:3:2。

进一步的，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧化剂，所述润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸镁，所述阻燃剂为氢氧化镁。

进一步的，所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所述交联剂为过氧化二异丙苯，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

进一步的，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1。

进一步的，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 35 份、环氧树脂 25 份、酚醛树脂 12 份、玄武岩短纤维 12 份、碳纤维 6份、纳米粒子3 份、偶联剂 3 份、交联剂 2 份、增塑剂 1.5份、复合稳定剂 4 份。

本发明的玻璃钢检查井用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例称取各原料；

（2）将玄武岩短纤维、碳纤维、纳米粒子混合均匀，得混合粉体，将偶联剂加入到乙醇中使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后超声波分散，再进行喷雾干燥，得表面包覆有一层偶联剂的改性混合粉体；

（3）将高密度聚乙烯树脂、增塑剂、复合稳定剂放入高速混合机中高速搅拌混合12-15min，得备用料；

（4）将环氧树脂、酚醛树脂、备用料、改性混合粉体、交联剂一起放入高速混合机中高速混合搅拌 15-20min，得树脂组合物；

（5）将树脂组合物加压注射到玻璃纤维布上，固化后得到所述玻璃钢检查井用复合材料。

本发明的有益效果为：本发明采用高密度聚乙烯树脂、环氧树脂、酚醛树脂的组合物为基材，三者相容性好，同时通过合理配置组份，可有效增强复合材料的耐热性、耐腐蚀性及耐老化性。加入玄武岩短纤维作为主要的补强材料，采用碳纤维及纳米粒子作为辅助补强材料，并先使用氨丙基三乙氧基硅烷对其进行改性，可有效提高补强材料与基材之间的相容性，并使复合材料的拉伸强度、撕裂强度、刚度、耐高温性及耐腐蚀性得到明显提高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。本发明所提到的比例、“份”，如果没有特别的标记，均以重量为准。

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 30-40 份、环氧树脂 20-30 份、酚醛树脂 10-15 份、玄武岩短纤维6-16 份、碳纤维4-6 份、纳米粒子2-3份、偶联剂 2-4 份、交联剂 2-3 份、增塑剂 1-2 份、复合稳定剂 3-6 份。

本实施例采用高密度聚乙烯树脂、环氧树脂、酚醛树脂的组合物为基材，三者相容性好，同时通过合理配置组份，可有效增强复合材料的耐热性、耐腐蚀性及耐老化性。优选的所述高密度聚乙烯的密度≥0.97 g/cm3，有助于提高耐热性和化学稳定性。加入玄武岩短纤维作为主要的补强材料，采用碳纤维及纳米粒子作为辅助补强材料，并先使用氨丙基三乙氧基硅烷对其进行改性，可有效提高补强材料与基材之间的相容性，并使复合材料的拉伸强度、撕裂强度、刚度、耐高温性及耐腐蚀性得到明显提高。

其中所述玄武岩短纤维的长度为2-5mm，所述碳纤维的长度为 5-10mm，玄武岩短纤维和碳纤维之间存在长度差，可以提高补强性。优选的玄武岩短纤维、碳纤维和纳米粒子的质量比为4:2:1。所述纳米粒子为纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的混合物，所述纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的质量比为 2:6:3。

其中所述复合稳定剂为抗氧化剂、润滑剂、阻燃剂的混合物，所述抗氧化剂、润滑剂、阻燃剂的质量比为 1:3:2。所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧化剂，所述润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸镁，所述阻燃剂为氢氧化镁。所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所述交联剂为过氧化二异丙苯，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

本实施例的玻璃钢检查井用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例称取各原料；

（2）将玄武岩短纤维、碳纤维、纳米粒子混合均匀，得混合粉体，将偶联剂加入到乙醇中使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后超声波分散，再进行喷雾干燥，得表面包覆有一层偶联剂的改性混合粉体；

（3）将高密度聚乙烯树脂、增塑剂、复合稳定剂放入高速混合机中高速搅拌混合12-15min，得备用料；

（4）将环氧树脂、酚醛树脂、备用料、改性混合粉体、交联剂一起放入高速混合机中高速混合搅拌 15-20min，得树脂组合物；

（5）将树脂组合物加压注射到玻璃纤维布上，优选的所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1，固化后得到所述玻璃钢检查井用复合材料。

本实施例的制备方法简单易行，易于实现工业化生产，在制备过程中进行多步混合，可有效改善各材料在复合材料中的分散性，提高玻璃钢检查井用复合材料的综合性能，使玻璃钢检查井不仅耐热性好，且具有质量轻、强度高、刚度大、闭水密封性好、耐腐蚀、耐酸碱、使用寿命长等优点。

实施例 1

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为0.8:1，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 35 份、环氧树脂 25 份、酚醛树脂 12 份、长度为2mm玄武岩短纤维 12 份、 长度为10mm 的碳纤维 6份、纳米粒子3 份、 氨丙基三乙氧基硅烷 3份、 过氧化二异丙苯 2 份、邻苯二甲酸二丁酯 1.5 份、复合稳定剂 4 份。

所述纳米粒子为纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的混合物，质量比为2:6:3；所述复合稳定剂为受阻酚类抗氧化剂、 聚乙烯蜡、 氢氧化镁的混合物，质量比为1:3:2。

玻璃钢检查井用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例称取各原料；

（2）将玄武岩短纤维、碳纤维、纳米粒子混合均匀，得混合粉体，将氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后超声波分散，再进行喷雾干燥，得表面包覆有一层氨丙基三乙氧基硅烷的改性混合粉体；

（3）将高密度聚乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁酯、复合稳定剂放入高速混合机中高速搅拌混合 15min，得备用料；

（4）将环氧树脂、酚醛树脂、备用料、改性混合粉体、过氧化

二异丙苯一起放入高速混合机中高速混合搅拌 15min，得树脂组合物；

（5）将树脂组合物加压注射到玻璃纤维布上，固化后得到所述玻璃钢检查井用复合材料。

实施例 2

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 40 份、环氧树脂 20 份、酚醛树脂 15 份、长度为3mm玄武岩短纤维 12 份、 长度为9mm 的碳纤维 6份、纳米粒子3份、氨丙基三乙氧基硅烷 2 份、过氧化二异丙苯 3 份、邻苯二甲酸二丁酯 1 份、复合稳定剂 6 份。 其他条件及制备方法与实施例1相同。

实施例 3

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 30 份、环氧树脂 30 份、酚醛树脂 10 份、长度为4mm玄武岩短纤维 12 份、长度为8mm 的碳纤维 6份、纳米粒子 3 份、氨丙基三乙氧基硅烷 4份、过氧化二异丙苯 2 份、邻苯二甲酸二丁酯 2 份、复合稳定剂 3 份。其他条件及制备方法与实施例1相同。

实施例 4

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 38 份、环氧树脂 22 份、酚醛树脂 12 份、长度为5mm玄武岩短纤维 12 份、长度为7mm 的碳纤维 6份、纳米粒子 3 份、氨丙基三乙氧基硅烷 2份、过氧化二异丙苯 3 份、邻苯二甲酸二丁酯 1 份、复合稳定剂 4 份。其他条件及制备方法与实施例1相同。

实施例 5

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 32 份、环氧树脂 28 份、酚醛树脂 15 份、长度为5mm玄武岩短纤维 12 份、长度为6mm 的碳纤维 6份、纳米粒子 3份、氨丙基三乙氧基硅烷 2 份、过氧化二异丙苯 2 份、邻苯二甲酸二丁酯 2 份、复合稳定剂 6 份。其他条件及制备方法与实施例1相同。

实施例 6

一种玻璃钢检查井用复合材料，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为 0.8:1，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂 35 份、环氧树脂25份、酚醛树脂 12 份、长度为5mm玄武岩短纤维12 份、长度为5mm 的碳纤维 6份、纳米粒子 3 份、氨丙基三乙氧基硅烷2份、过氧化二异丙苯3份、邻苯二甲酸二丁酯 1 份、复合稳定剂3份。其他条件及制备方法与实施例1相同。

性能测试

实施例 1-6 玻璃钢检查井用复合材料性能如表 1 所示：

表 1 璃钢检查井用复合材料的性能数据

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

热变形温度℃

≥245

≥245

≥240

≥245

≥245

≥245

弯曲强度MPa

98

96

92

91

89

84

由上表可知，本发明制备得到的玻璃钢检查井用复合材料具有优异的耐热性及弯曲强度。

以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种玻璃钢检查井用复合材料，其特征在于，包括玻璃纤维布及固化在所述玻璃纤维布上的树脂组合物，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成：高密度聚乙烯树脂30-40份、环氧树脂20-30份、酚醛树脂10-15份、玄武岩短纤维6-16 份、碳纤维4-6 份、纳米粒子2-3份、偶联剂2-4份、交联剂2-3份、增塑剂1-2份、复合稳定剂3-6份；

所述纳米粒子为纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的混合物，所述纳米凹凸棒土、纳米二氧化硅、纳米氮化硼的质量比为 2:6:3，所述玄武岩短纤维的长度为2-5mm，碳纤维的长度为 5-10mm，所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所述交联剂为过氧化二异丙苯，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

2.根据权利要求1所述的玻璃钢检查井用复合材料，其特征在于，所述玄武岩短纤维、碳纤维和纳米粒子的质量比为4:2:1。

3.根据权利要求1所述的玻璃钢检查井用复合材料，其特征在于，所述复合稳定剂为抗氧化剂、润滑剂、阻燃剂的混合物，质量比为1:3:2。

4.根据权利要求3所述的玻璃钢检查井用复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧化剂，所述润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸镁，所述阻燃剂为氢氧化镁。

5.根据权利要求1所述的玻璃钢检查井用复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维布与树脂组合物的质量比为0.8:1。

6.根据权利要求1所述的玻璃钢检查井用复合材料，其特征在于，所述树脂组合物由以下重量份的原料制成： 高密度聚乙烯树脂 35 份、环氧树脂 25 份、 酚醛树脂 12 份、玄武岩短纤维 12 份、碳纤维 6 份、纳米粒子 3份、偶联剂 3 份、交联剂 2 份、增塑剂 1.5份、复合稳定剂 4 份。

7.根据权利要求 1-6中任意一项所述的玻璃钢检查井用复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按比例称取各原料；

（2）将玄武岩短纤维、碳纤维、纳米粒子混合均匀，得混合粉体，将偶联剂加入到乙醇中使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后超声波分散，再进行喷雾干燥，得表面包覆有一层偶联剂的改性混合粉体；

（3）将高密度聚乙烯树脂、增塑剂、复合稳定剂放入高速混合机中高速搅拌混合 12-15min，得备用料；

（4）将环氧树脂、酚醛树脂、备用料、改性混合粉体、交联剂一起放入高速混合机中高速混合搅拌 15-20min，得树脂组合物；

（5）将树脂组合物加压注射到玻璃纤维布上，固化后得到所述玻璃钢检查井用复合材料。