CN107556721A - 一种smc聚酯模塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SMC聚酯模塑料及其制备方法，所述SMC聚酯模塑料的制备原料包括a组分和b组分，所述a组分为玻璃纤维，所述b组分包括以下重量份的成分：不饱和聚酯树脂60‑70份、低收缩添加剂30‑40份、轻质填充材料20‑40份、碳酸钙粉末120‑140份、引发剂1.0‑1.5份、脱模剂4‑5份、增稠剂0.8‑1.2份、工艺助剂4‑6份；以a组分和b组分的总重量为100％计，所述a组分的重量百分比为25％，通过本发明制备方法制备得到的SMC聚酯模塑料不仅具有低密度的性能，而且能够经受高冲击强度，性能优良，应用价值高，应用前景广。
Description
技术领域
本发明属于材料加工改性领域，具体涉及一种SMC聚酯模塑料及其制备方法。
背景技术
近年来节能减排呼声越来越大，轻量化逐渐成为许多行业的热点，SMC材料作为电工电子、轨道交通、汽车船舶等行业的重要的原材料，在保证SMC材料基本性能的前提下降低其本身密度具有较好的市场意义。
目前SMC密度主要为1.7-1.9g/cm3，一般情况下不饱和聚酯树脂密度为1.0-1.2g/cm3，玻璃纤维密度为2.4-2.8g/cm3，常用填料碳酸钙密度为2.7-2.9g/cm3，氢氧化铝的密度为2.4-2.5g/cm3，为了控制成本并保证材料的性能，主要由填料决定材料密度。常用的手段是加入空心玻璃微珠来代替部分的碳酸钙等填料，但空心玻璃微珠吸油值高，会降低树脂对玻璃纤维的浸润性，从而降低SMC模塑料的机械强度，而且成本较高，这不利于SMC模塑料的应用。
CN101575444A公开了一种低密度SMC聚酯模塑料及其制备方法，此发明中制备的SMC聚酯模塑料虽具有低密度的性能，但是其冲击强度不高，不利于市场应用。
因此，需要开发出一种低密度、高强度的SMC聚酯模塑料，使其具有更大的应用价值与应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种SMC聚酯模塑料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种SMC聚酯模塑料，所述SMC聚酯模塑料的制备原料包括a组分和b组分，所述a组分为玻璃纤维，所述b组分包括以下重量份的成分：
以a组分和b组分的总重量为100％计，所述a组分的重量百分比为25％。
在本发明中，通过添加轻质填充材料与工艺助剂，能够显著降低SMC聚酯模塑料的密度，同时保持较高的机械强度，控制了生产的综合成本，利于工业化生产与应用，有较好的市场意义。
在本发明中，所述不饱和聚酯树脂的重量份为60-70份，例如可以是60份，62份、64份、65份、68份或70份。
优选地，所述不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂，其固体含量为62-67％，例如可以是62％、63％、64％、65％、66％或67％。
在本发明中，所述低收缩添加剂的重量份为30-40份，例如可以是30份、32份、35份、36份、38份或40份。
优选地，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯与单体苯乙烯的混合溶液。
优选地，所述聚苯乙烯在低收缩添加剂中的质量分数为45％～55％(例如可以是45％、47％、49％、51％、53％或55％)，所述单体苯乙烯在低收缩添加剂中的质量分数为45％～55％(例如可以是45％、47％、49％、51％、53％或55％)。
在本发明中，所述轻质填充材料的重量份为20-40份，例如可以是20份、23份、25份、28份、30份、34份、36份、39份或40份。
优选地，所述轻质填充材料为表面经过偶联剂处理的空心玻璃微珠与表面经过偶联剂处理的多孔微珠的组合。
在本发明中，多孔微珠内部成蜂窝状，对SMC聚酯模塑料整体有支撑作用，可有效保证SMC聚酯模塑料的机械强度，同时多孔微珠的成本较低，不会增加SMC聚酯模塑料的综合成本。
优选地，所述空心玻璃微珠的密度为0.3～0.4g/cm3(例如可以是0.3g/cm3、0.32g/cm3、0.34g/cm3、0.35g/cm3、0.37g/cm3或0.4g/cm3)，所述多孔微珠的密度为0.1～0.2g/cm3(例如可以是0.1g/cm3、0.12g/cm3、0.14g/cm3、0.16g/cm3、0.19g/cm3或0.2g/cm3)。
优选地，所述多孔微珠中包含质量分数为72％的二氧化硅与质量分数为12.3％的三氧化二铝。
优选地，所述偶联剂为三乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷。
在本发明中，所述碳酸钙粉末的重量份为120-140份，例如可以是120份、123份、125份、129份、131份、133份、137份或140份。
在本发明中，所述引发剂的重量份为1.0-1.5份，例如可以是1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份。
优选地，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯。
优选地，所述过氧化苯甲酸叔丁酯的纯度大于98％，半衰期在104℃下为10小时。
在本发明中，所述脱模剂的重量份为4-5份，例如可以是4份、4.2份、4.5份、4.7份或5份。
优选地，所述脱模剂为硬脂酸钙粉末。
优选地，所述硬脂酸钙的粒径为100～300目，例如可以是100目、150目、200目、250目或300目。
在本发明中，所述增稠剂的重量份为0.8-1.2份，例如可以是0.8份、0.9份、1.0份、1.1份或1.2份。
优选地，所述增稠剂为氧化镁。
在本发明中，所述工艺助剂为4-6份，例如可以是4份、4.5份、5份、5.3份、5.7份或6份。
优选地，所述工艺助剂为丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物。
在本发明中，所述工艺助剂的加入可以有效降低加工过程中的树脂糊的粘度，更好的浸润玻璃纤维，从而增强SMC聚酯模塑料的机械强度。
在本发明中，所述玻璃纤维为耐化学腐蚀的无碱玻璃纤维。
优选地，所述SMC聚酯模塑料中b组分还包括液态颜料。
优选地，所述液态颜料的重量份为7-9份，例如可以是7份、8份或9份。
优选地，所述液态颜料为树脂基黑色色浆。
在本发明中，单一加入空心玻璃微珠，由于其吸油值高，会降低树脂对玻璃纤维的浸润性，从而降低SMC模塑料的机械强度，而且成本较高，所以在添加空心玻璃微珠的同时要加入多孔微珠和工艺助剂。多孔微珠内部成蜂窝状，对SMC模塑料整体有支撑作用，可有效保证SMC模塑料的机械强度，同时多孔微珠的成本较低，不会增加SMC模塑料的综合成本；工艺助剂的加入可以有效降低加工过程中的树脂糊的粘度，更好的浸润玻璃纤维，提升机械强度。
另一方面，本发明提供一种SMC聚酯模塑料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、液态颜料、工艺助剂混合搅拌；
(2)向步骤(1)中的混合物中依次加入引发剂、轻质填充材料、脱模剂、碳酸钙粉末，继续搅拌得到混合物；
(3)将增稠剂加入到步骤(2)得到的混合物中搅拌得到树脂糊；
(4)将步骤(3)中树脂糊输送到SMC机组刮料槽内，涂覆在SMC机组薄膜上，而后将经切割后的玻璃纤维均匀沉降在所述薄膜上，最后经挤压使树脂糊浸透玻璃纤维，得到所述SMC聚酯模塑料。
优选地，步骤(1)中所述搅拌采用的仪器为高速分散机。
优选地，步骤(1)中所述搅拌的速度为900r/min-1200r/min，例如可以是900r/min、950r/min、1000r/min、1050r/min、1100r/min、1150r/min或1200r/min。
优选地，步骤(1)中所述搅拌的时间为2-3min，例如可是2min、2.4min、2.5min、2.7min、2.9min或3min。
优选地，步骤(2)中所述加入的方法为边搅拌边依次加入。
优选地，步骤(2)中所述搅拌的搅拌速度为400r/min-600r/min，例如可以是400r/min、450r/min、470r/min、500r/min、520r/min、550r/min、570r/min或600r/min。
优选地，步骤(2)中所述搅拌时间为9-12min，例如可以是9min、9.5min、10min、10.5min、11min、11.5min或12min。
优选地，步骤(3)中所述搅拌的转速为500r/min-700r/min，例如可以是500r/min、550r/min、600r/min、650r/min或700r/min。
优选地，步骤(3)中所述搅拌时间为2-4min，例如可以是2min、2.5min、3min、3.5min或4min。
优选地，步骤(4)中所述切割后的玻璃纤维长度为25mm-30mm，例如可以是25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的SMC聚酯模塑料，通过同时加入空心玻璃微珠与多孔微珠、工艺助剂，不仅可以显著降低SMC聚酯模塑料的密度，同时提高了机械强度，使SMC聚酯模塑料具有低密度、高强度的优良性能，并且本发明SMC聚酯模塑料的制备方法简单，生产工艺安全、易操作，生产成本较低，有非常高的市场应用价值与广阔的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例通过重量百分比为25％的a组分与重量百分比为75％的b组分制备SMC聚酯模塑料，其中b组分包括如下重量份的组分：
具体制备步骤如下：
(1)将不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、液态颜料、工艺助剂利用高速分散机以1000r/min混合搅拌2分钟；
(2)向步骤(1)中的混合物中依次加入引发剂、空心玻璃微珠、多孔微珠、脱模剂、碳酸钙粉末，继续以500r/min搅拌10分钟得到混合物；
(3)将增稠剂加入到步骤(2)得到的混合物中500r/min搅拌3分钟得到树脂糊；
(4)将步骤(3)中树脂糊输送到SMC机组刮料槽内，涂覆在SMC机组薄膜上，而后将经切割后的玻璃纤维(长度25mm)均匀沉降在薄膜上，最后经挤压使树脂糊浸透玻璃纤维，得到SMC聚酯模塑料。
实施例2
本实施例通过重量百分比为25％的a组分与重量百分比为75％的b组分制备SMC聚酯模塑料，其中b组分包括如下重量份的组分：
具体制备步骤如下：
(1)将不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、液态颜料、工艺助剂利用高速分散机以900r/min混合搅拌3分钟；
(2)向步骤(1)中的混合物中依次加入引发剂、空心玻璃微珠、多孔微珠、脱模剂、碳酸钙粉末，继续以400r/min搅拌12分钟得到混合物；
(3)将增稠剂加入到步骤(2)得到的混合物中700r/min搅拌4分钟得到树脂糊；
(4)将步骤(3)中树脂糊输送到SMC机组刮料槽内，涂覆在SMC机组薄膜上，而后将经切割后的玻璃纤维(长度30mm)均匀沉降在薄膜上，最后经挤压使树脂糊浸透玻璃纤维，得到SMC聚酯模塑料。
实施例3
本实施例通过重量百分比为25％的a组分与重量百分比为75％的b组分制备SMC聚酯模塑料，其中b组分包括如下重量份的组分：
具体制备步骤如下：
(1)将不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、液态颜料、工艺助剂利用高速分散机以1200r/min混合搅拌2分钟；
(2)向步骤(1)中的混合物中依次加入引发剂、空心玻璃微珠、多孔微珠、脱模剂、碳酸钙粉末，继续以600r/min搅拌9分钟得到混合物；
(3)将增稠剂加入到步骤(2)得到的混合物中600r/min搅拌2分钟得到树脂糊；
(4)将步骤(3)中树脂糊输送到SMC机组刮料槽内，涂覆在SMC机组薄膜上，而后将经切割后的玻璃纤维(长度26mm)均匀沉降在薄膜上，最后经挤压使树脂糊浸透玻璃纤维，得到SMC聚酯模塑料。
实施例4
本实施例通过重量百分比为25％的a组分与重量百分比为75％的b组分制备SMC聚酯模塑料，其中b组分包括如下重量份的组分：
具体制备步骤如下：
(1)将不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、工艺助剂利用高速分散机以1100r/min混合搅拌3分钟；
(2)向步骤(1)中的混合物中依次加入引发剂、空心玻璃微珠、多孔微珠、脱模剂、碳酸钙粉末，继续以500r/min搅拌11分钟得到混合物；
(3)将增稠剂加入到步骤(2)得到的混合物中600r/min搅拌3分钟得到树脂糊；
(4)将步骤(3)中树脂糊输送到SMC机组刮料槽内，涂覆在SMC机组薄膜上，而后将经切割后的玻璃纤维(长度28mm)均匀沉降在薄膜上，最后经挤压使树脂糊浸透玻璃纤维，得到SMC聚酯模塑料。
对比例1
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中不含有多孔微珠，而空心玻璃微珠重量份为30份。
对比例2
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中不含有空心玻璃微珠，而多孔微珠重量份为30份。
对比例3
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中轻质填充材料(空心玻璃微珠与多孔微珠的组合)重量份为10份。
对比例4
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中轻质填充材料(空心玻璃微珠与多孔微珠的组合)重量份为55份。
对比例5
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中不含有工艺助剂。
对比例6
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中工艺助剂的重量份为1份。
对比例7
与实施例1仅有的不同之处在于，本对比例b组分中工艺助剂的重量份为10份。
将上述实施例1-4与对比例1-7制备的SMC聚酯模塑料进行性能测试，包括密度测试与冲击强度测试，具体测试结果如表1所示：
表1
由上述表1测试结果可以得出的结论是，当SMC聚酯模塑料中不含有多孔微珠或空心玻璃微珠时，SMC聚酯模塑料的密度与机械强度均受到较大影响；当SMC聚酯模塑料中轻质填充材料(空心玻璃微珠与多孔微珠的组合)的重量份不在本发明限定的范围内时，SMC聚酯模塑料的密度与机械强度会受到影响；而当SMC聚酯模塑料中不含有工艺助剂或工艺助剂的含量不在本发明限定的范围内时，材料的密度与机械强度也受到影响。由此可见，空心玻璃微珠、多孔微珠辅以一定量的工艺助剂，可以显著的降低SMC模塑料的密度，保持及提高SMC聚酯模塑料的冲击强度，提升SMC聚酯模塑料的性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种SMC聚酯模塑料及其制备方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述SMC聚酯模塑料的制备原料包括a组分和b组分，所述a组分为玻璃纤维，所述b组分包括以下重量份的成分：
以a组分和b组分的总重量为100％计，所述a组分的重量百分比为25％。
2.根据权利要求1所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯树脂，其固体含量为62-67％。
3.根据权利要求1或2所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯与单体苯乙烯的混合溶液；
优选地，所述聚苯乙烯在低收缩添加剂中的质量分数为45％～55％，所述单体苯乙烯在低收缩添加剂中的质量分数为45％～55％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述轻质填充材料为表面经过偶联剂处理的空心玻璃微珠与表面经过偶联剂处理的多孔微珠的组合；
优选地，所述空心玻璃微珠的密度为0.3～0.4g/cm3，所述多孔微珠的密度为0.1～0.2g/cm3；
优选地，所述多孔微珠中包含质量分数为72％的二氧化硅与质量分数为12.3％的三氧化二铝；
优选地，所述偶联剂为三乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1-4任一项所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯；
优选地，所述过氧化苯甲酸叔丁酯的纯度大于98％，半衰期在104℃下为10小时。
6.根据权利要求1-5任一项所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述脱模剂为硬脂酸钙粉末；
优选地，所述硬脂酸钙的粒径为100～300目。
7.根据权利要求1-6任一项所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述增稠剂为氧化镁。
8.根据权利要求1-7任一项所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述工艺助剂为丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的SMC聚酯模塑料，其特征在于，所述玻璃纤维为耐化学腐蚀的无碱玻璃纤维；
优选地，所述SMC聚酯模塑料中b组分还包括液态颜料；
优选地，所述液态颜料的重量份为7-9份；
优选地，所述液态颜料为树脂基黑色色浆。
10.根据权利要求1-9任一项所述的SMC聚酯模塑料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、液态颜料、工艺助剂混合搅拌；
(2)向步骤(1)中的混合物中依次加入引发剂、轻质填充材料、脱模剂、碳酸钙粉末，继续搅拌得到混合物；
(3)将增稠剂加入到步骤(2)得到的混合物中搅拌得到树脂糊；
(4)将步骤(3)中树脂糊输送到SMC机组刮料槽内，涂覆在SMC机组薄膜上，而后将经切割后的玻璃纤维均匀沉降在所述薄膜上，最后经挤压使树脂糊浸透玻璃纤维，得到所述SMC聚酯模塑料；
优选地，步骤(1)中所述搅拌采用的仪器为高速分散机；
优选地，步骤(1)中所述搅拌的速度为900r/min-1200r/min；
优选地，步骤(1)中所述搅拌的时间为2-3min；
优选地，步骤(2)中所述加入的方法为边搅拌边依次加入；
优选地，步骤(2)中所述搅拌的搅拌速度为400r/min-600r/min；
优选地，步骤(2)中所述搅拌时间为9-12min；
优选地，步骤(3)中所述搅拌的转速为500r/min-700r/min；
优选地，步骤(3)中所述搅拌时间为2-4min；
优选地，步骤(4)中所述切割后的玻璃纤维长度为25mm-30mm。
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