CN107418172A - 一种片状模塑料专用材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片状模塑料专用材料，属于高分子材料领域。本发明先将沼液、粉煤灰及炼油厂污水处理二沉池活性污泥混合厌氧发酵，经离心分离后将下层沉淀物冷冻粉碎，再于氩气保护状态下炭化，利用炭化料的多孔结构吸附沉淀产生的氢氧化镁，经煅烧制得含超细氧化镁的煅烧料，再利用硅烷偶联剂进一步提高煅烧料与基体树脂的相容性，最后将不饱和聚酯树脂与混合填料粉末、改性煅烧料等混合均匀，即得高强度片状模塑料专用材料。本发明充分利用自制混合填料粉末所含有机物的非极性结构，改善填料与基体树脂之间的相容性，提高片状模塑料力学性能，解决传统片状模塑料强度低，力学性能较差的问题。

Description

一种片状模塑料专用材料

技术领域

本发明涉及一种片状模塑料专用材料，属于高分子材料领域。

背景技术

片状模塑料（SMC）主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂，填料及各种助剂组成。模压成型工艺是一种重要的复合材料成型工艺，而片状模塑料是模压工艺的重要成型材料。它也是一种可模压成型的短切纤维增强树脂复合材料，其加工自动化程度高，适合制作形状复杂的构件。且SMC作为一种迅速发展起来的模压料具有机械化程度高、生产效率高、产品质量稳定、原材料利用率高、生产成本低、制品表面光洁等优点，但片状模塑料组份中树脂在高温固化过程中会产生收缩，这容易导致制品产生裂纹、翘曲、沉陷斑点、表面波纹等缺陷，从而导致表面性能变差。目前的片状模塑料主要有不饱和聚酯树脂和酚醛树脂片状模塑料2种。不饱和聚酯树脂片状模塑料力学强度低，无法用于制备某些特定的结构部件；而酚醛片状模塑料容易吸潮、耐腐蚀性差、脆性大，且所用树脂、填料等材料在制备树脂糊过程中，相容性较差，导致制得的片状模塑料强度低，力学性能较差，在电气、建筑和航天军工领域的应用受到极大的限制。

中国专利公开号为CN101088754的专利《一种环氧片状模塑料及其制备方法》提供了一种环氧片状模塑料，其中间芯材是由浸渍了环氧树脂糊的纤维组成，上下两面以PE薄膜覆盖。按重量份数计，该环氧片状模塑料由以下原料制成：环氧树脂100份，稀释剂4～20份，固化剂15～80份，增稠剂9～16份，有机酸6～18份，内脱模剂1～4份，填料80～180份，纤维50～150份。该环氧片状模塑料的制备步骤包括环氧树脂糊的制备、环氧片状模塑料的制备和环氧片状模塑料的熟化。该环氧片状模塑料具有热流动性能好、固化时间短、储存时间长等优点，并且制备工艺简单，耐腐蚀性能及绝缘性能都有所增强，但由于树脂与填料的相容性差，导致制得的片状模塑料抗冲击性能较差，易开裂、强度低。

因此，如何实现一种树脂与填料相容性好、且制备的片状模塑料力学性能好的片状模塑料专用材料，是业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统片状模塑料所用树脂、填料在制备树脂糊过程中相容性较差，导致制得的片状模塑料力学性能较差的问题，提供了一种片状模塑料专用材料。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种片状模塑料专用材料，包括以下组份，各组份按重量份数计为：100～120份不饱和树脂，90～100份发酵改性填料，2～4份增稠剂，0.6～0.8份增塑剂，2～4份热稳定剂，0.8～1.6份交联固化剂。

所述的不饱和树脂为196#不饱和聚酯树脂。

所述的发酵改性填料由沼液、粉煤灰和炼油厂污水处理二沉池活性污泥混合发酵后，再经离心分离、冷冻粉碎和干燥得到。

所述的增稠剂是硅烷偶联剂改性的煅烧料；所述的煅烧料是由炭化后的发酵改性填料吸附氢氧化镁，再经煅烧得到。

所述的增塑剂是邻苯二甲酸二丁酯。

所述的热稳定剂是硬脂酸锌。

所述的交联固化剂是过氧化苯甲酸叔丁酯。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明首先将沼液、粉煤灰与炼油厂污水处理二沉池活性污泥混合厌氧发酵，利用沼液及活性污泥中所含的复杂的微生物种类以及丰富的有机物发酵，在发酵过程中，大分子有机质降解为小分子，使有机质活性官能团暴露，微生物在粉煤灰和污泥中无机质表面大量生长繁殖，使粉煤灰和污泥中无机质表面包覆大量非极性结构的有机物，从而改善与基体树脂之间的相容性，经离心分离和干燥后一部分用作产品填料，另一部分经炭化处理，使表面包覆的有机质炭化，形成具有吸附性能的炭化料；

（2）本发明利用炭化料吸附沉淀产生的氢氧化镁晶体，使氢氧化镁晶体均匀吸附于炭化料表面及孔隙结构中，避免氢氧化镁晶体进一步生长团聚，再经煅烧使氢氧化镁分解生成氧化镁，煅烧过程中生成的氧化镁与炭化料中无机质结合，有效避免煅烧过程中氧化镁的团聚，所得氧化镁分散性好，粒径小，经硅烷偶联剂改性处理后，与基体树脂具有良好的相容性，从而使产品的力学性能得以提高。

具体实施方式

首先依次取600～800mL沼液，800～1000mL水，200～300g粉煤灰，1800～2000g炼油厂污水处理二沉池活性污泥，倒入发酵罐中，再将发酵罐密封，于温度为30～32℃，转速为200～300r/min条件下，恒温搅拌密闭发酵36～48h，在发酵过程中，每隔2～4h将发酵罐打开，泄压至常压状态；待发酵结束，将发酵罐中物料转入离心机，以6000～8000r/min转速离心分离10～15min，去除上层液，得下层沉淀物，将所得下层沉淀物转入冷冻粉碎机中，粉碎后过500～600目筛，得过筛物，并将所得过筛物置于真空冷冻干燥机中，干燥6～8h，得发酵改性填料；然后称取100～120g所得发酵改性填料，倒入坩埚中，并将坩埚移入炭化炉，以10～15mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以3～5℃/min速率程序升温至500～550℃，保温炭化2～4h，随炉冷却至室温，出料，得炭化料；再称取20～30g所得炭化料，倒入盛有300～500mL质量分数为10～20%硝酸镁溶液的三口烧瓶中，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为45～55℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌混合20～30min，再通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加150～200mL质量分数为15%氢氧化钠溶液，控制在60～90min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应30～60min，待恒温搅拌反应结束，将三口烧瓶中物料过滤，得滤饼，用去离子水洗涤所得滤饼3～5次，并将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为450～500℃条件下煅烧2～4h后，随炉冷却至室温，出料，得煅烧料；依次称取20～30g所得煅烧料，3～5g硅烷偶联剂KH-570，6～8mL无水乙醇，倒入球磨机中，按球料质量比为10:1～20:1加入氧化锆球磨珠，球磨2～4h，出料，得硅烷偶联剂改性的煅烧料；最后按重量份数计，依次称取100～120份196#不饱和聚酯树脂，90～100份发酵改性填料，2～4份所得硅烷偶联剂改性的煅烧料，0.6～0.8份邻苯二甲酸二丁酯，2～4份硬脂酸锌，0.8～1.6份过氧化苯甲酸叔丁酯，加入混料机中，于室温条件下，以400～600r/min转速搅拌混合3～5h，出料，即得片状模塑料专用材料。

实例1

首先依次取600mL沼液，800mL水，200g粉煤灰，1800g炼油厂污水处理二沉池活性污泥，倒入发酵罐中，再将发酵罐密封，于温度为30℃，转速为200r/min条件下，恒温搅拌密闭发酵36h，在发酵过程中，每隔2h将发酵罐打开，泄压至常压状态；待发酵结束，将发酵罐中物料转入离心机，以6000r/min转速离心分离10min，去除上层液，得下层沉淀物，将所得下层沉淀物转入冷冻粉碎机中，粉碎后过500目筛，得过筛物，并将所得过筛物置于真空冷冻干燥机中，干燥6h，得发酵改性填料；然后称取100g所得发酵改性填料，倒入坩埚中，并将坩埚移入炭化炉，以10mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以3℃/min速率程序升温至500℃，保温炭化2h，随炉冷却至室温，出料，得炭化料；再称取20g所得炭化料，倒入盛有300mL质量分数为10%硝酸镁溶液的三口烧瓶中，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为45℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌混合20min，再通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加150mL质量分数为15%氢氧化钠溶液，控制在60min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应30min，待恒温搅拌反应结束，将三口烧瓶中物料过滤，得滤饼，用去离子水洗涤所得滤饼3次，并将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为450℃条件下煅烧2h后，随炉冷却至室温，出料，得煅烧料；依次称取20g所得煅烧料，3g硅烷偶联剂KH-570，6mL无水乙醇，倒入球磨机中，按球料质量比为10:1加入氧化锆球磨珠，球磨2h，出料，得硅烷偶联剂改性的煅烧料；最后按重量份数计，依次称取100份196#不饱和聚酯树脂，90份发酵改性填料，2份所得硅烷偶联剂改性的煅烧料，0.6份邻苯二甲酸二丁酯，2份硬脂酸锌，0.8份过氧化苯甲酸叔丁酯，加入混料机中，于室温条件下，以400r/min转速搅拌混合3h，出料，即得片状模塑料专用材料。

按重量份数计，分别取30份本发明制得的片状模塑料专用材料和20份玻璃纤维，放在片状模塑料机组上浸渍，浸渍后将浸渍物放入模具中进行模压，控制模压温度125℃ ，模压压力为12MPa，保压时间1min/mm，即可制得片状模塑料。本发明片状模塑料专用材料具有极好的表面性能，制得的片状模塑料力学性能好。

实例2

首先依次取700mL沼液，900mL水，250g粉煤灰，1900g炼油厂污水处理二沉池活性污泥，倒入发酵罐中，再将发酵罐密封，于温度为31℃，转速为250r/min条件下，恒温搅拌密闭发酵42h，在发酵过程中，每隔3h将发酵罐打开，泄压至常压状态；待发酵结束，将发酵罐中物料转入离心机，以7000r/min转速离心分离13min，去除上层液，得下层沉淀物，将所得下层沉淀物转入冷冻粉碎机中，粉碎后过550目筛，得过筛物，并将所得过筛物置于真空冷冻干燥机中，干燥7h，得发酵改性填料；然后称取110g所得发酵改性填料，倒入坩埚中，并将坩埚移入炭化炉，以13mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以4℃/min速率程序升温至530℃，保温炭化3h，随炉冷却至室温，出料，得炭化料；再称取25g所得炭化料，倒入盛有400mL质量分数为15%硝酸镁溶液的三口烧瓶中，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合25min，再通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加180mL质量分数为15%氢氧化钠溶液，控制在75min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应45min，待恒温搅拌反应结束，将三口烧瓶中物料过滤，得滤饼，用去离子水洗涤所得滤饼4次，并将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为480℃条件下煅烧3h后，随炉冷却至室温，出料，得煅烧料；依次称取25g所得煅烧料，4g硅烷偶联剂KH-570，7mL无水乙醇，倒入球磨机中，按球料质量比为15:1加入氧化锆球磨珠，球磨3h，出料，得硅烷偶联剂改性的煅烧料；最后按重量份数计，依次称取110份196#不饱和聚酯树脂，95份发酵改性填料，3份所得硅烷偶联剂改性的煅烧料，0.7份邻苯二甲酸二丁酯，3份硬脂酸锌，1.2份过氧化苯甲酸叔丁酯，加入混料机中，于室温条件下，以500r/min转速搅拌混合4h，出料，即得片状模塑料专用材料。

按重量份数计，分别取50份本发明制得的片状模塑料专用材料和50份玻璃纤维，放在片状模塑料机组上浸渍，浸渍后将浸渍物放入模具中进行模压，控制模压温度132℃ ，模压压力为14MPa，保压时间2min/mm，即可制得片状模塑料。本发明片状模塑料专用材料具有极好的表面性能，制得的片状模塑料力学性能好。

实例3

首先依次取800mL沼液，1000mL水，300g粉煤灰，2000g炼油厂污水处理二沉池活性污泥，倒入发酵罐中，再将发酵罐密封，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌密闭发酵48h，在发酵过程中，每隔4h将发酵罐打开，泄压至常压状态；待发酵结束，将发酵罐中物料转入离心机，以8000r/min转速离心分离15min，去除上层液，得下层沉淀物，将所得下层沉淀物转入冷冻粉碎机中，粉碎后过600目筛，得过筛物，并将所得过筛物置于真空冷冻干燥机中，干燥8h，得发酵改性填料；然后称取120g所得发酵改性填料，倒入坩埚中，并将坩埚移入炭化炉，以15mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至550℃，保温炭化4h，随炉冷却至室温，出料，得炭化料；再称取30g所得炭化料，倒入盛有500mL质量分数为20%硝酸镁溶液的三口烧瓶中，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为55℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合30min，再通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加200mL质量分数为15%氢氧化钠溶液，控制在90min内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应60min，待恒温搅拌反应结束，将三口烧瓶中物料过滤，得滤饼，用去离子水洗涤所得滤饼5次，并将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，于温度为500℃条件下煅烧4h后，随炉冷却至室温，出料，得煅烧料；依次称取30g所得煅烧料，5g硅烷偶联剂KH-570，8mL无水乙醇，倒入球磨机中，按球料质量比为20:1加入氧化锆球磨珠，球磨4h，出料，得硅烷偶联剂改性的煅烧料；最后按重量份数计，依次称取120份196#不饱和聚酯树脂，100份发酵改性填料，4份所得硅烷偶联剂改性的煅烧料，0.8份邻苯二甲酸二丁酯，4份硬脂酸锌，1.6份过氧化苯甲酸叔丁酯，加入混料机中，于室温条件下，以600r/min转速搅拌混合5h，出料，即得片状模塑料专用材料。

按重量份数计，分别取80份本发明制得的片状模塑料专用材料和70份玻璃纤维，放在片状模塑料机组上浸渍，浸渍后将浸渍物放入模具中进行模压，控制模压温度140℃ ，模压压力为15MPa，保压时间2min/mm，即可制得片状模塑料。本发明片状模塑料专用材料具有极好的表面性能，制得的片状模塑料力学性能好。

对照例：由环氧树脂、填料、纤维制得环氧片状模塑料。

将上述实施例所得片状模塑料专用材料制得的片状模塑料与对照例制得的环氧片状模塑料进行检测，结果如表1所示。

表1：

例子 性能	弯曲强度（MPa）	冲击强度（kJ/m2）
			对照例	203.25～218.23	99.70～112.50
实例1	225.82	120.89
			实例2	241.26	131.57
实例3	253.23	139.12

由表1可知，本发明所得片状模塑料专用材料制得的片状模塑料机械性能优异。

Claims (7)

1.一种片状模塑料专用材料，其特征在于：包括以下组份，各组份按重量份数计为：100～120份不饱和树脂，90～100份发酵改性填料，2～4份增稠剂，0.6～0.8份增塑剂，2～4份热稳定剂，0.8～1.6份交联固化剂。

2.根据权利要求1所述的一种片状模塑料专用材料，其特征在于：所述的不饱和树脂为196#不饱和聚酯树脂。

3.根据权利要求1所述的一种片状模塑料专用材料，其特征在于：所述的发酵改性填料由沼液、粉煤灰和炼油厂污水处理二沉池活性污泥混合发酵后，再经离心分离、冷冻粉碎和干燥得到。

4.根据权利要求1所述的一种片状模塑料专用材料，其特征在于：所述的增稠剂是硅烷偶联剂改性的煅烧料；所述的煅烧料是由炭化后的发酵改性填料吸附氢氧化镁，再经煅烧得到。

5.根据权利要求1所述的一种片状模塑料专用材料，其特征在于：所述的增塑剂是邻苯二甲酸二丁酯。

6.根据权利要求1所述的一种片状模塑料专用材料，其特征在于：所述的热稳定剂是硬脂酸锌。

7.根据权利要求1所述的一种片状模塑料专用材料，其特征在于：所述的交联固化剂是过氧化苯甲酸叔丁酯。