CN106553353A

CN106553353A - 一种玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂及其成形工艺

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Publication number: CN106553353A
Application number: CN201611065444.9A
Authority: CN
Inventors: 刘志红
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2017-04-05

Abstract

一种玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂及其成形工艺，增强材料为玻璃包覆铁基合金微丝，复合材料的成形工艺为：玻璃包覆金属非晶微丝的表面粗化，超声波清洗，烘干，预浸胶制成玻璃包覆金属微丝布，采用手糊成型、模压成型或缠绕成型法，制成玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂复合材料，复合材料的固化成型。

Description

一种玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂及其成形工艺

技术领域

此技术涉及到一种微丝增强热固性塑料，特别是涉及一种连续玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂及其成形工艺。

背景技术

环氧树脂由于具有成形收缩小，尺寸稳定性好和良好的耐化学、腐蚀等性能，广泛用作为聚合物基复合材料的基体材料。纤维增强聚合物基复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。由于纤维增强复合材料具有如下特点：(1)比强度高，比模量大；(2)材料性能具有可设计性；(3)抗腐蚀性和耐久性能好；(4)热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得纤维增强复合材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要，同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维这几种常用纤维属于无机纤维或有机纤维，对提高复合材料的韧性、塑性有限。而金属纤维增强由于金属与聚合物的相容性低，导致复合界面结合强度偏低，无法充分发挥金属非晶纤维的增强效果。

发明内容

本发明是为了解决金属纤维与环氧树脂界面的不相容，导致复合界面结合强度不高的问题，提供一种玻璃包覆金属非晶微丝增强环氧树脂及其成形工艺，本发明的技术解决方案是：复合材料的基体为环氧树脂，增强材料为熔融纺丝法制备的连续玻璃包覆金属微丝，金属芯丝为铁基或铁基非晶合金微丝，金属芯丝直径为0.005-0.05mm，玻璃材质为石英，包覆层厚度为0.005-0.05mm，复合材料中金属微丝增强方向可为单向、双向或多向。

上述玻璃金属微丝增强环氧树脂的成形工艺如下：

1）玻璃包覆金属微丝经表面清洗后，在玻璃粗化液中处理2-15min，粗化液组成为，氢氟酸50-300ml/L、氟化铵100-300g/L，硫酸2-5ml/L，缓蚀剂微量，水余量；

2）粗化后的玻璃包覆金属微丝经在水中超声波清洗2-10min，然后烘干；

3）将烘干后的玻璃包覆金属微丝整平、压平，然后预浸制成玻璃包覆金属微丝布，其中，预浸胶配比为环氧树脂30-55%wt，固化剂1-8%，添加剂0-3%，溶剂余量，凝胶温度50-100℃，凝胶时间10-30min，

4）采用手糊成型、模压成型或缠绕成型法，制成玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂复合材料，所述复合材料的玻璃包覆金属微丝布的排列方向可以为单向、双向或多向；

5）复合材料的固化，固化温度为80-130℃，固化时间0.2-1.5 h，层压成型时压力控制为0.4-2MPa，模压成型时压力控制为0.5-4MPa。

本发明的优点：

1）采用了玻璃粗化工艺，使玻璃表面凸凹不平，提高了玻璃与环氧树脂的界面结合强度，提升了复合材料的力学性能；

2）采用熔融纺丝法制备的玻璃包覆金属非晶微丝，由于复合时金属与玻璃均处于熔融状态，原子扩散能力强，金属微丝与玻璃包覆层之间的界面结合强度高，且由于尺寸效应玻璃包覆层具有很高的柔性，不会与金属非晶微丝之间发生剥壳、脱落等现象，金属芯丝与玻璃包覆层之间界面结合强度高，且玻璃包覆金属非晶微丝为连续性高强纤维，因此很容易实现特定设计方向的增强效果；

3）由于采取中温固化，复合材料尺寸精度提高，内应力减小，降低成形费用；

4）由于非晶金属微丝具有高强、高弹性模量、还具有导电和优异的磁性能，能使复合材料具有一些无机、有机纤维增强不能获得的特殊性能。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：玻璃包覆不锈钢微丝单向增强环氧树脂复合板的成形

上述复合材料的制备工艺如下：

1）玻璃包覆不锈钢微丝的表面处理，其中不锈钢材质为306L，包覆层材质为石英玻璃，包覆微丝直径为0.025-0.03mm，不锈钢芯丝直径为0.008-0.012mm，微丝经表面清洗后，在玻璃粗化液中处理5 min，粗化液组成为，氢氟酸160 ml/L、氟化铵120 g/L，硫酸2 ml/L，缓蚀剂0.5 g/L，水余量；

2）粗化后的玻璃包覆金属非晶微丝经在去离子水中超声波清洗10 min，然后烘干；

3）采用滚筒缠绕法制备玻璃包覆金属非晶微丝布：将粗化后的玻璃包覆金属非晶微丝整平、压平，然后预浸制成玻璃包覆金属非晶微丝布，玻璃包覆金属非晶微丝的平均间距为0.5mm，凝胶温度为100℃，凝胶时间10 min，其中预浸胶配比为，环氧树脂45±2%，二氨基二苯醚二苯砜3%，乙酸甲酯余量；

4）采用手糊成型法，制成5层玻璃包覆金属非晶微丝增强热固性塑料复合板，所述复合材料的玻璃包覆金属非晶微丝布的排列方向为单向；

5）固化成型：固化温度125℃，固化时间40min，层压压力为0.6MPa。

实施例2：玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝双向增强环氧树脂复合板的成形

上述复合材料的制备工艺如下：

1）玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝的表面处理，其中芯丝材质为FeCoSiB非晶合金，包覆层材质为石英玻璃，包覆微丝直径为0.025-0.03mm，非晶合金芯丝直径为0.008-0.012mm，包覆微丝经表面清洗后，在玻璃粗化液中处理3 min，粗化液组成为，氢氟酸180ml/L、氟化铵125 g/L，硫酸2 ml/L，缓蚀剂0.2 g/L，水余量；

2）粗化后的玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝经在去离子水中超声波清洗10 min，然后烘干；

3）采用滚筒缠绕法制备玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝布：将粗化后的玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝整平、压平，然后预浸制成玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝布，玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝的平均间距为0.5mm，凝胶温度为85 ℃，凝胶时间20min，其中预浸胶配比为，环氧树脂37±3%，二氨基二苯醚二苯砜2%，乙酸甲酯余量，

4）采用手糊成型法，制成6层玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝增强热固性塑料复合板，所述复合材料的玻璃包覆FeCoSiB非晶合金微丝布双向垂直交错铺设；

5）固化成型：固化温度120℃，固化时间60 min，层压压力为0.8 MPa。

Claims

1.一种玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂，其特征在于：复合材料的基体为环氧树脂，增强材料为玻璃包覆金属微丝，金属芯丝为铁基合金或铁基非晶合金微丝，金属芯丝直径为0.005-0.05mm，玻璃材质为石英，玻璃包覆层厚度为0.005-0.05mm，金属微丝增强方向可为单向、双向或多向。

2.上述玻璃金属微丝增强环氧树脂的成形工艺，其特征在于，玻璃包覆金属微丝经表面清洗后，在玻璃粗化液中处理2-15min，粗化液的组成为，氢氟酸50-300ml/L、氟化铵100-300g/L，硫酸2-5ml/L，缓蚀剂微量，水余量；粗化后的玻璃包覆金属非晶微丝经在水中超声波清洗2-10min，然后烘干；然后，将烘干后的玻璃包覆金属微丝整平、压平，然后预浸制成玻璃包覆金属微丝布，其中，预浸胶配比为环氧树脂30-55%wt，固化剂1-8%，添加剂0-3%，溶剂余量，凝胶温度50-100℃，凝胶时间10-30min；采用手糊成型、模压成型或缠绕成型法，制成玻璃包覆金属微丝增强环氧树脂复合材料，所述复合材料的玻璃包覆金属微丝布的排列方向可以为单向、双向或多向；最后，复合材料的固化，固化温度为80-130℃，固化时间0.2-1.5 h，层压压力控制为0.4-2MPa，模压压力控制为0.5-4MPa。