CN107553936A - 一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法 - Google Patents

一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法 Download PDF

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Abstract

一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,首先将纤维布铺设在模具内部,启动真空泵抽真空,使得模具内部密封空间的真空度达到‑0.08—0.1MPa,通过向模具内部浇灌基体树脂,经过固话形成玻璃钢;该工艺简单、绿色无污染、复合材料的力学性能强、应用前景广泛等优点,应用领域广泛。

Description

一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法。
背景技术
[0002] 随着社会和经济的发展,人们的购买力呈不断上升的趋势,对于产品的材质以及 性能要求也越来越高,因此,对于产品成型工艺的要求也就越来越高,特别是成型工艺的环 保及成本方面。目前玻璃钢类产品,例如艇体的成型大部分采用手糊制,而手糊成型生产率 低,劳动强度大,劳动卫生条件差,产品质量不易控制,性能稳定性不高,产品力学性能较 低。尤其对于结构复杂、力学性能要求高、体形庞大的大型船体,应用传统的手糊成型工艺 已很难实施;
[0003] 真空灌注工艺(Vacuum infusion process),简称VIP,又叫真空导流工艺,在模具 上铺“干”增强材料(玻璃纤维,碳纤维,夹心材料等,有别于真空袋工艺),然后铺真空袋,并 抽出体系中的真空,在模具型腔中形成一个负压,利用真空产生的压力把树脂通过预铺的 管路压入纤维层中,让树脂浸润增强材料最后充满整个模具,制品固化后,揭去真空袋材 料,从模具上得到所需的制品。该工艺能够有效解决上述问题,该工艺简单、绿色无污染、复 合材料的力学性能强、应用前景广泛等优点,应用领域广泛。
发明内容
[0004] 本发明专利的目的在于提供一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,具体采用 如下技术方案:
[0005] 一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
[0006] 步骤一,首先将纤维布铺设在模具内部,在纤维布上铺设导流网;
[0007] 步骤二,在导流网上设置注胶口,该注胶口上连接有注胶管;
[0008] 步骤三,在导流网上设置缠绕管,将缠绕管连接真空栗;
[0009] 步骤四,启动真空泵进行抽真空,使得模具内部密封空间的真空度达到_〇.〇8— 〇. IMPa,开启注胶管向模具中浇灌基体树脂;
[0010] 步骤五,浇灌完毕继续保持真空保压30-120min,固话完毕后,脱模得到玻璃钢;
[0011] 2、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所 述纤维布为5-20层。
[0012] 3、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所 述纤维布单纤为0 • 5-100D;纤维布的厚度为小于anm,网孔的直径小于10mm.
[0013] 4、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所 述纤维布为经过处理的纤维布
[0014] 5、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所 述纤维布单纤为0.5-100D;纤维布的厚度为小于8mm,网孔的直径小于10mm。
[0015] 6、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所 述真空泵的功率大于4KW。
[0016] 7、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,树 脂浇灌的速度为l-l〇〇ml/min。
[0017] 8、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所 述模具外部具有真空袋,启动真空栗后能够使得模具内部形成一个密封负压空间。
[0018] 9、如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,基 体树脂含量为30-45 %,优选35 % -42 %,最优选为38 %。
[0019] 有益效果:
[0020] 1、本发明的制备方法具有工艺简单、绿色无污染、复合材料的力学性能强、应用前 景广泛等优点,应用领域广泛;
[0021] 2、本发明采用真空导流方法,在真空环境下树脂浸润纤维,与传统制造工艺相比, 制品中的气泡极少。体系中不留有多余的树脂,纤维含量很高,可达到时7〇%,所得制品重 量更轻,强度更高。批与批之间也非常稳定;
[0022] 3、树脂分布均匀:对于一个制品来说,不同部分的真空产生的压力是一致的,因此 树脂对玻纤的浸润速度和含量趋于一致;
[0023] 4、挥发更少:真空灌注工艺比传统积层工艺洁净得多。真空灌注工艺不需要刷子 或滚筒,因此不会有树脂溅起或洒落。不需要有在敞开模具上走来走去,无需担心自己被树 脂滴到。此外,树脂的气味也小得多。因为仅仅是放树脂的容器会放出树脂的气味,而从容 器里散发出的气味有些时候是可以控制的。真空灌注工艺提供了一个更干净,更安全和更 友好的工作环境;
[0024] 5、该方法可用于制备游艇、车头、风力发电机叶片等大型玻璃钢制品的制备。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
[0026] —种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于该方法包括以下步骤: [0027] 步骤一,首先将纤维布铺设在模具内部,在纤维布上铺设导流网;
[0028] 步骤二,在导流网上设置注胶口,该注胶口上连接有注胶管;
[0029]步骤三,在导流网上设置缠绕管,将缠绕管连接真空泵;
[0030]步骤四,启动真空栗进行抽真空,使得模具内部密封空间的真空度达到-0.08— O.IMPa,开启注胶管向模具中浇灌基体树脂;
[0031]步骤五,浇灌完毕继续保持真空保压30-120min,固话完毕后,脱模得到玻璃钢; [0032] 所述纤维布为5-20层。
[0033] 所述纤维布单纤为0.5-100D;纤维布的厚度为小于8mm,网孔的直径小于lOram. [0034] 所述纤维布为经过处理的纤维布 [0035] 所述真空栗的功率大于4KW。
[0036] 树脂浇灌的速度为l-100ml/min。
[0037]所述模具外部具有真空袋,启动真空泵后能够使得模具内部形成一个密封负压空 间。
[0038] 所述基体树脂含量为30-45 %,优选35 % -42 %,最优选为38 %。
[0039]本发明所采用基体树脂可以是环氧树脂、不饱和树脂或者自制的基体树脂;
[0040] f述玻璃钢的固化温度可以根据所选用的基体树脂进行确定;
[0041]采用自制的基体树脂的固化温度为分阶段固化,首先在50-8(rC后固化丨-此,^-120°C后固化3-1 Oh,最后90-110°C后固化2-8h得到。
[0042]所述自制的基体树脂采用如下方法:
[0043]步骤一、改性聚氨酯预聚体的合成
[0044]将聚醚多元醇加入反应器中搅拌的同时加热升温至125〜135 °C,真空度保持在 0 • 08〜0 • 09MPa,抽真空脱水2小时,放置使其自然冷却到约40。(:,将氮气通入反应器中,将 占聚醚多元醇总重量0.05%的催化剂加入反应器中,采用速度为200-500转/分钟的转速进 行搅拌15〜2〇min得到第一溶液;在第一溶液中加入二羟甲基丙酸、甲苯二异氰酸酯和羟基 硅氧烷化合物升温至60-85°C保温反应2.5h,制得游离异氰酸酯基-NC0含量为8%〜11 %的 硅氧烷改性的聚氨酯预聚体;所述聚醚多元醇,二羟甲基丙酸,甲苯二异氰酸酯和羟基硅氧 烷化合物的质量比为6-10:0.1-0.5:2-5:0.3-0.6;
[0045]步骤二、水性聚氨酯丙烯酸酯乳液的制备
[0046]将步骤一所制备的改性聚氨酯预聚体加入丙烯酸丁酯混合搅拌,升温至60-7(rc, 持续反应4-5h,反应结束后自然降温至30-50°C,加入三乙胺反应30-40min,反应完毕后保 温静置30_60min;加入去离子水进行分散,反应30-50min,得到水性聚氨醋丙烯酸酷乳液; 所述改性聚氨酯预聚体、丙烯酸丁酯、三乙胺和去离子水的质量比为2-4:1-2:0.1-0.3:6-15。
[0047] 步骤三、改性环氧树脂的制备
[0048]将环氧树脂与正丁醇混合并升温至80-10(TC混合均匀,通入氩气,搅拌15-20min, 加入二异氰酸酯升温至100-1HTC混合搅拌60-90tnin,恒温加入过氧化苯甲酰搅拌均匀,采 用减压蒸馏得到改性环氧树脂;所述环氧树脂、正丁醇、二异氰酸酯、过氧化苯甲酰的质量 比为3—6:2—5:0.5—1:0.卜0.3;
[0049]步骤四、树脂基体的制备
[0050]将步骤三所制备的改性环氧树脂,步骤二制备的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液、环氧 基丙基三甲氧基硅烷和聚酰胺苄基二甲胺苄基三乙基氯化铵,以质量比为50-80:10-20:2-6:1-5充分混合制成基体树脂。
[0051]步骤一中,所述聚醚多兀醇为分子量为800〜7000的聚氧化丙炼二元醇和分子量 800〜4000聚氧化丙烯三元醇中的一种或两种混合物;所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡 或辛酸亚锡。
[0052]步骤一中所述的羟基硅氧烷化合物采用如下步骤制备:常温下将有机硅氧烷置于 溶剂中,加入端羟乙基硅油搅拌制得混合液,加入甲基丙烯酸羟丙酯升温至5(TC反应卜此, 反应完毕后经过萃取得到棕黄色液体既得到羟基硅氧烷化合物;所述有机硅氧烷,溶剂,端 羟乙基硅油和甲基丙烯酸羟丙酯的质量比为10-30:40-80:0 • 5-3:0.5-2;所述溶剂为丙酮 和N-甲基吡咯烷酮以质量比10:1混合制得;所述有机硅氧烷为氨基硅烧偶联剂。
[0053] 本发明中经过处理的纤维布采用如下方法制备:
[0054] 步骤A、纤维布预处理
[0055] 将纤维布在烧杯中煮沸15-45min,取出晾干后待用;
[0056] 步骤B、盐酸蚀刻
[0057]将步骤A经过预处理的纤维布置于i-5m〇l/L的盐酸中进行刻蚀1-lOmin;
[0058]步骤C、采用质量浓度为的偶联剂溶液,将步骤B中经过盐酸蚀刻的纤维布 浸泡3〇_8〇min,浸泡完毕后在100-120°C的干燥箱中干燥至恒重;
[0059] 步骤D、表面处理
[0060]将酸酐类化合物、丙烯酸和氧化苯甲酰以质量比为2-5:2-3:0.2-0.5混合,置于高 压容器于35-60°C下进行雾化,将雾化的混合气体喷射至步骤C制备的纤维布上,使得纤维 布的液量控制在1 % -1 〇 % owf;
[0061] 步骤E、等离子处理
[0062] 将步骤D喷射完毕的纤维布放置于等离子箱中,常温下进行等离子处理,等离子功 率为100-150W,处理时间为6-10min;然后在90-1HTC的干燥箱中烘干至恒重,得到经过处 理的纤维布。
[0063]步骤A中所述的纤维是碳纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维 或氮化硼纤维。
[0064] 步骤C中所述偶联剂为101550、KH560、KH570、KH792中的一种。
[0065] 步骤D中酸酐类化合物的浓度为0.05-0• 15mol/L;所述的酸酐类化合物选自:马来 酸酐、衣康酸酐、琥珀酸酐、戊二酸酐、十八烷基琥珀酸酐、2,2_二甲基琥珀酸酐、2-十二烯-1-基琥珀酸酐、六氟戊二酸酐、3,3_二甲基戊二酸酐中的一种或两种及以上的组合。
[0066] 经过测试
[0067]自制的基体树脂:树脂基体浇铸模具做出拉伸弯曲样条,经过固化后,按GB / T2567-2008制作成浇铸体,使用电子万能试验机测其力学性能,使用DSAQ20测其Tg点。
[0068] 弯曲强度(mpa) : 14〇-170mpa;优选 150mpa;
[0069] 拉伸强度(mpa) : 80-1 lOmpa;优选97mpa;
[0070] Tg(°C) :110-150°C;优选127°C;
[0071]自制的基体树脂与改性纤维布经过使用真空导流工艺制作复合材料固化后,按照 GB/T1447-2005标准,采用使用电子万能试验机测其力学性能;
[0072] 弯曲强度(mpa) :1200-1700mpa;优选 1490mpa;
[0073] 拉伸强度(mpa) : 850-1000mpa;优选9〇Ompa;
[0074] 研究发现:
[0075] 1、在聚氨酯中先引入羟基硅氧烷化合物,通过羟基硅氧烷化合物的烷氧基水解形 成的硅羟基可以与改性的纤维布表面相互作用形成氢键,使得与纤维布表面形成键结合, 有利于增强纤维复合材料的力学性能、表面硬度和耐磨性;
[0076] 2、本发明所述的纤维布经过偶联剂处理和等离子接枝处理,表面产生了大量的活 性基团,提高了纤维织物与粘结剂的浸润性,增大了其与粘结剂的结合强度和结合量,从而 提树脂基体与纤维的粘合性能,解决了由于纤维表面的光滑的特点导致与树脂基体之间的 界面粘结不良的问题;
[0077] 3、通过对纤维表面的蚀刻,使纤维表面的粗糙度增加,从而增加纤维的表面积,使 纤维和树脂之间的机械咬合增强,从而增加二者之间的界面结合强度;
[0078] 4、本专利创造性的首次采用雾化的方式将酸酐进行枝节至纤维的表面,在纤维布 表面接枝活性基团,这些活性基团可以与基体表面形成键结合,有利于树脂基体对纤维的 浸润和交联; >
[0079] 5、化学改性可以增加纤维表面的粗糙度,激发纤维本身基团的活性和引入活性基 团,该活性基团能与树脂基体反应,提高了树脂对纤维的浸润性,使得二者之间的物理和化 学结合强度增加,最终达到纤维和树脂基体之间的更好的结合;
[0080] 6、本专利的等离子处理仅仅采用常温下处理,可以做到节约能源,减少能耗,属于 新型的低碳绿色加工技术;
[0081] 7、经过等离子处理后使经过表面处理的纤维表面激发产生活性自由基。随后各自 由基发生交联聚合反应,使得酸酐与织物表面形成立体网状结构,从而与树脂基体之间连 接更加紧密,具有持续永久性效果;这些活性基团的另一端还可以接枝到树脂基体上,有利 于树脂基体对纤维的浸润和交联。
[0082]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。此外应理解, 在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些 等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 乂 一

Claims (8)

1. 一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一,首先将纤维布铺设在模具内部,在纤维布上铺设导流网; 步骤二,在导流网上设置注胶口,该注胶口上连接有注胶管; 步骤三,在导流网上设置缠绕管,将缠绕管连接真空栗; 步骤四,启动真空泵进行抽真空,使得模具内部密封空间的真空度达到-〇.〇8\ O.IMPa,开启注胶管向模具中浇灌基体树脂; 步骤五,浇灌完毕继续保持真空保压3〇_l2〇min,固化完毕后,脱模得到玻璃钢。
2.如权利要求1所述的一种米用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所迷_ 维布为5-20层。 —
3. 如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所迷纤 维布单纤为0.5-100D;纤维布的厚度为小于8謹,网孔的直径小于l〇mm。
4. 如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所述纤 维布为经过处理的纤维布。
5. 如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所述真 空栗的功率大于4KW。
6. 如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,树脂绕 灌的速度为l-l〇〇ml/min。
7.如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,所述模 具外部具有真空袋,启动真空泵后能够使得模具内部形成一个密封负压空间。
8.如权利要求1所述的一种采用真空导流进行制备玻璃钢的方法,其特征在于,基体树 脂含量为30-45 %,优选35 % -42 %,最优选为明%。
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