CN107641282A - 一种高性能耐候性多孔板及其制备方法 - Google Patents

一种高性能耐候性多孔板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能耐候性多孔板，所述多孔板的原料包括不饱和聚酯树脂、纳米TiO2、短切玻纤和添加剂，所述添加剂包括固化剂、促进剂、偶联剂、阻燃剂、抗氧剂和光稳定剂。本发明还涉及上述高性能耐候性多孔板提供了该多孔板的制备方法，包括制备预成型件、制备混合液、成型和脱模。本发明将纳米TiO2和短切玻纤均匀添加到不饱和聚酯树脂基体中配制成一种高性能耐候性多孔板，配制成的高性能多孔板具有成型工艺简单、强度高、耐热性好、抗腐蚀能力和抗氧化能力强等特点。

Description

一种高性能耐候性多孔板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔板，尤其涉及一种高性能耐候性多孔板及其制备方法。
背景技术
多孔板使用的材料大致有两类：金属材料和玻璃钢复合材料。若采用金属材料，则多孔板在力学性能上能够满足使用条件，但是自身造价很高，而且由金属材料制成的挡风板自身重量较大，会增加钢结构支架支护成本，此外，金属材料易腐蚀，耐候性不强，使用寿命较短；采用玻璃钢复合材料（树脂为基体，无纺玻纤布为增强材料）时，多孔板一般是以手糊成型的方法制成的，这样做虽然产品的自身重量大大减轻，且耐腐蚀性能好，但是由于是采用人工的方法进行手糊成型，工艺粗糙。因此，生产效率较低，使得产品的成本仍然偏高，并且综合性能不完善，不能适应各种环境的需求。
发明内容
本发明为了解决现有多孔板高性能和低成本不能兼得的问题，提供了一种高性能耐候性多孔板，该多孔板以不饱和聚酯树脂为主要材料，通过多种成分的配合，尤其是纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合体系的相互作用，有效改善多孔板的力学性能和耐热性能，在降低成本的同时，简化成型工艺，采用热压成型的生产方式，提高生产效率，实现大规模机械化生产。
本发明为了实现上述目的，所采取的技术方案为：一种高性能耐候性多孔板，其特征在于：所述多孔板的原料包括不饱和聚酯树脂、纳米TiO2、短切玻纤和添加剂，所述添加剂包括固化剂、促进剂、偶联剂、阻燃剂、抗氧剂和光稳定剂。
进一步的，以所述不饱和聚酯树脂质量为基准，各组分质量含量为：
纳米TiO2 3~5%；
短切玻纤 28~32%；
固化剂 0.8~1.2%；
促进剂 0.15~0.25%；
偶联剂 2~4%；
阻燃剂 25~28%；
抗氧剂 0.4~0.6%；
光稳定剂 0.4~0.6%。
进一步的，所述不饱和聚酯树脂由邻苯型不饱和聚酯树脂与苯乙烯通过聚合反应形成。
进一步的，所述纳米TiO2为纳米量级的超细微粒，颗粒尺寸为1~100nm，所述短切玻纤在所述不饱和聚酯树脂内不定向均匀分散，所述短切玻纤直径为9~13μm，长度为15mm，抗拉强度为1800~2000MPa。
进一步的，所述固化剂为过氧化甲乙酮，用于促进不饱和聚酯树脂发生聚合反应形成网状结构的热固性树脂，其使用温度为50℃~150℃。
进一步的，所述促进剂为异酸辛钴，用于降低固化剂分解温度和加速固化剂与树脂反应速度，使树脂凝胶、固化时间缩短。
进一步的，所述偶联剂为经钛酸酯偶联剂NXT－102，用来对纳米TiO2进行表面处理。
进一步的，所述阻燃剂包括甲基膦酸二甲酯（DMMP）与三聚氰胺（Mel），用来提高三元复合材料的阻燃性能，甲基膦酸二甲酯分解温度大于187℃，用量为不饱和聚酯树脂用量的4~8%，三聚氰胺分解温度为345℃，用量为不饱和聚酯树脂用量的18~22%。
进一步的，抗氧剂包括丙酸正十八碳酸酯（1076）和硫代二丙酸二月桂酯（DLTP），1076可以捕捉聚合物过氧化自由基而后变成氢过氧化物，DLTP能够分解氢过氧化物，将两者混合使用来提高三元复合材料的抗热氧老化能力。1076用量为不饱和聚酯树脂用量的0.1~0.2%，DLTP用量为不饱和聚酯树脂用量的0.3~0.4%。
进一步的，所述光稳定剂为纳米TiO2和二苯并三唑（UV-P），其中纳米TiO2除了作为复合材料的主要原料用来增韧不饱和聚酯树脂外，还充当光屏蔽剂，反射或吸收太阳光紫外线从而阻止紫外线深入聚合物内部，其用量为不饱和聚酯树脂用量的3~5%。UV-P是紫外线吸收剂，利用自身分子结构，将光能转化为热能，避免塑料材料发生光氧化反应，同时和作为光屏蔽剂的TiO2产生协同作用来提高三元复合材料的抗紫外光老化能力，UV-P用量为不饱和聚酯树脂用量的0.1~0.2%。
进一步的，所述多孔板的开孔率为15%~30%。
进一步的，以所述不饱和聚酯树脂质量为基准，各组分质量含量为：
纳米TiO 24%；
短切玻纤 30%；
固化剂 1%；
促进剂 0.2%；
偶联剂 3%；
阻燃剂 26%；
抗氧剂 0.5%；
光稳定剂 0.5%。
本发明针对上述高性能耐候性多孔板提供了该多孔板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备预成型件：配制短切纤维与乳液黏合剂的混合浆料，将开孔率为15%~30%的网模由其中拉过，然后由浆液中取出，流去水份，静热风干燥后脱模备用；
2）制备混合液：将不饱和聚酯树脂与钛酸酯偶联剂NXT－102处理过的纳米TiO2混合，搅拌均匀，再加入阻燃剂DMMP和Mel、抗氧剂1076和DLTP以及光稳定剂UV-P，搅拌均匀，最后加入固化剂过氧化甲乙酮和促进剂异辛酸钴，继续搅拌均匀，备用；
3）成型：将由步骤1制得的预成型件放在模具（模具上具有圆形凸起，与网模配套）上，将步骤2制得的混合液倒在预成型件上，然后合模；多余的树脂被挤出，合模动作开始快，但最终接触复合材料时要缓慢，使空气得以排出并使浸渍充分；
4）脱模：常温脱模，整理成型，即得由纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合体系组成的高性能耐候性多孔板。
本发明所产生的有益效果包括：本发明通过加入表面改性的纳米TiO2粒子和短切玻璃纤维来共同增韧增强不饱和聚酯树脂（UPR树脂），希望得到的三元复合材料的力学性能和耐热性能高于单独用纳米TiO2或短切玻璃纤维增韧增强的不饱和聚酯树脂二元复合材料。通过测试力学性能和耐热性能，找到纳米TiO2/短切玻纤/不饱和聚酯树脂三元复合材料的最佳原料配比；通过添加适当的助剂来提高复合材料的阻燃性以及抗热氧老化和紫外光老化能力，使得该三元复合材料具备较好的耐候性。
本发明提供的一种高性能耐候性多孔板的组成及其制备方法，首次提出将纳米TiO2和短切玻纤均匀添加到不饱和聚酯树脂基体中配制成一种高性能耐候性多孔板，配制成的高性能多孔板具有成型工艺简单、强度高、耐热性好、抗腐蚀能力和抗氧化能力强等特点，使其更适用于长期暴露在恶劣环境中的煤尘飞扬地区。本发明提出的纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合体系可有效改善多孔板结构的耐候性，增加其使用寿命，不仅具有重要的科学价值，也具有明显的社会经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做具体说明：分别制得纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料试样、纳米TiO2/UPR复合材料试样、短切玻璃纤维/UPR复合材料试样以及纯UPR试样，分别测定不同复合材料体系最大冲击强度、最大弯曲强度以及最高热变形温度并进行比较。
实施例1：纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料试样
以下质量分数均为所添加物质占UPR树脂质量的百分数。
1）将长度为15mm短切玻璃纤维与乳液黏合剂混合并搅拌均匀，配制成混合浆料，将网模由其中拉过并取出，流去水份，干燥后脱模制得预成型件，短切玻璃纤维添加量为UPR树脂质量的30%；
2）在UPR树脂中先加入经偶联剂NXT-102处理过的质量分数为4%的纳米TiO2，搅拌均匀，再加入阻燃剂DMMP和Mel、抗氧剂1076和DLTP、光稳定剂UV-P等添加剂成分，搅拌均匀，其中DMMP、Mel、1076、DLTP和UV-P的添加量分别为UPR树脂质量的6%、20%、1%、0.4%和0.1%；最后加入固化剂过氧化甲乙酮和促进剂异辛酸钴，搅拌均匀，其中氧化甲乙酮和异辛酸钴的添加量分别为UPR树脂质量的1%和0.2%。
3）将由步骤1制得的预成型件放在模具上，将步骤2制得的混合液倒在预成型件上，然后合模，成型后脱模，得到纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料试样。
根据《树脂浇铸体冲击试验方法》（GB/T2571-1995）进行纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料试样的冲击强度测定，试样冲击强度为46.124kJ/m2，根据《树脂浇铸体弯曲性能试验方法》（GB/T2570-1995）进行纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料的弯曲强度测定，试样弯曲强度为90.14Mpa，根据《塑料弯曲负载热变形温度试验方法》（GB1634-79）进行纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料的热变形温度测定，热变形温度为118.6oC。具体结果如表1。
对比例1：纳米TiO2/UPR复合材料试样
1）将网模由乳液黏合剂拉过并取出，流去水份，干燥后脱模制得预成型件；
2）将偶联剂NXT-102配成1%的石油醚溶液，加入经烘干煅烧过的纳米TiO2，搅拌分散均匀，在60oC下不断搅拌至石油醚全部挥发，再在110oC下烘2小时，其中偶联剂的用量为TiO2用量的3%。
3）在UPR树脂中先加入经偶联剂NXT-102处理过的纳米TiO2，纳米TiO2添加量为UPR树脂质量的4%，搅拌均匀；再加入阻燃剂DMMP和Mel、抗氧剂1076和DLTP、光稳定剂UV-P等添加剂成分，搅拌均匀，其中DMMP、Mel、1076、DLTP和UV-P的添加量分别为UPR树脂质量的6%、20%、1%、0.4%和0.1%；最后加入固化剂过氧化甲乙酮和促进剂异辛酸钴，搅拌均匀，其中氧化甲乙酮和异辛酸钴的添加量分别为UPR树脂质量的1%和0.2%。
4）将由步骤1制得的预成型件放在模具上，将步骤3制得的混合液倒在预成型件上，然后合模，成型后脱模，得到纳米TiO2/UPR二元复合材料试样。
根据《树脂浇铸体冲击试验方法》（GB/T2571-1995）进行纳米TiO2/UPR复合材料的冲击强度测定，试样冲击强度为16.284kJ/m2，根据《树脂浇铸体弯曲性能试验方法》（GB/T2570-1995）进行纳米TiO2/UPR复合材料试样的弯曲强度测定，试样弯曲强度为63.298Mpa，根据《塑料弯曲负载热变形温度试验方法》（GB1634-79）进行纳米TiO2/UPR复合材料试样的热变形温度测定，试样热变形温度为70.8oC。
对比例2：短切玻璃纤维/UPR复合材料试样
以下质量分数均为所添加物质占UPR树脂质量的百分数。
1）将长度为15mm的短切玻璃纤维与乳液黏合剂混合并搅拌均匀，配制成混合浆料，将网模由其中拉过并取出，流去水份，干燥后脱模制得预成型件；短切玻璃纤维用量为UPR树脂用量的30%。
2）在UPR树脂中先加入阻燃剂DMMP和Mel、抗氧剂1076和DLTP、光稳定剂UV-P等添加剂成分，搅拌均匀，其中DMMP、Mel、1076、DLTP和UV-P的添加量分别为UPR树脂质量的6%、20%、1%、0.4%和0.1%；再加入固化剂过氧化甲乙酮和促进剂异辛酸钴，搅拌均匀，其中氧化甲乙酮和异辛酸钴的添加量分别为UPR树脂质量的1%和0.2%。
3）将由步骤1制得的预成型件放在模具上，将步骤2制得的混合液倒在预成型件上，然后合模，成型后脱模，得到UPR/短切玻纤二元复合材料试样
根据《树脂浇铸体冲击试验方法》（GB/T2571-1995）进行短切玻璃纤维/UPR复合材料试样的冲击强度测定，试样冲击强度为39.644kJ/m2，根据《树脂浇铸体弯曲性能试验方法》（GB/T2570-1995）进行短切玻璃纤维/UPR复合材料试样的弯曲强度测定，试样弯曲强度为75.245Mpa，根据《塑料弯曲负载热变形温度试验方法》（GB1634-79）进行短切玻璃纤维/UPR复合材料试样的热变形温度测定，试样热变形温度为109oC。
对比例1：纯UPR试样
不饱和聚酯树脂（UPR）的制备过程为：将质量比为7：3的不饱和聚酯树脂191#和苯乙烯混合，搅拌均匀，再分别加入质量分数为1%的固化剂过氧化乙酮和0.2%的促进剂异辛酸钴，充分搅拌均匀，注模，在室温条件下固化，最后自然冷却，得到UPR试样。
根据《树脂浇铸体冲击试验方法》（GB/T2571-1995）进行上述制备的纯UPR试样的冲击强度测定，试样冲击强度为1.644kJ/m2，根据《树脂浇铸体弯曲性能试验方法》（GB/T2570-1995）进行纯UPR试样的弯曲强度测定，试样弯曲强度为36.21Mpa，根据《塑料弯曲负载热变形温度试验方法》（GB1634-79）进行纯UPR试样的热变形温度测定，试样热变形温度为56.8oC。
表1不同体系的最好冲击强度值、弯曲强度值及热变形温度
材料 冲击强度（kJ/m2） 弯曲强度（Mpa） 热变形温度（oC）
实施例1：纳米TiO2/短切玻纤/UPR 46.124 90.14 118.6
对比例1：纳米TiO2/UPR 16.284 63.298 70.8
对比例2：短切玻纤/UPR 39.644 75.245 109
对比例3：纯UPR 1.644 36.21 56.8
根据检测结果，本发明配方制备的纳米TiO2/短切玻纤/UPR三元复合材料，在冲击强度、弯曲强度以及耐热性均有不同程度的提高。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能耐候性多孔板，其特征在于：所述多孔板的原料包括不饱和聚酯树脂、纳米TiO2、短切玻纤和添加剂，所述添加剂包括固化剂、促进剂、偶联剂、阻燃剂、抗氧剂和光稳定剂。
2.根据权利要求1所述的高性能耐候性多孔板，其特征在于：以所述不饱和聚酯树脂质量为基准，各组分质量含量为：
纳米TiO 23~5%；
短切玻纤 28~32%；
固化剂 0.8~1%；
促进剂 0.15~0.25%；
偶联剂 2~4%；
阻燃剂 24~28%；
抗氧剂 0.4~0.6%；
光稳定剂 0.4~0.6%。
3.根据权利要求1所述的高性能耐候性多孔板，其特征在于：所述不饱和聚酯树脂由邻苯型不饱和聚酯树脂与苯乙烯通过聚合反应形成。
4.根据权利要求1所述的高性能耐候性多孔板，其特征在于：所述纳米TiO2为纳米量级的超细微粒，颗粒尺寸为1~100nm，所述短切玻纤在所述不饱和聚酯树脂内不定向均匀分散，所述短切玻纤直径为9~13μm，长度为15mm，抗拉强度为1800~2000MPa。
5.根据权利要求1所述的高性能耐候性多孔板，其特征在于：所述固化剂为过氧化甲乙酮，所述促进剂为异酸辛钴，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂NXT－102，所述阻燃剂包括甲基膦酸二甲酯与三聚氰胺，所述抗氧剂包括丙酸正十八碳酸酯和硫代二丙酸二月桂酯，所述光稳定剂包括纳米TiO2和二苯并三唑。
6.根据权利要求1所述的高性能耐候性多孔板，其特征在于：所述开孔板的开孔率为15%~30%。
7.根据权利要求1所述的高性能耐候性多孔板，其特征在于：以所述不饱和聚酯树脂质量为基准，各组分质量含量为：
纳米TiO 24%；
短切玻纤 30%；
固化剂 1%；
促进剂 0.2%；
偶联剂 3%；
阻燃剂 26%；
抗氧剂 0.5%；
光稳定剂 0.5%。
8.权利要求1-7任一项所述的高性能耐候性多孔板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备预成型件：配制短切纤维与乳液黏合剂的混合浆料，将网模由其中拉过并取出，流去水份，干燥后脱模备用；
2）制备混合液：将不饱和聚酯树脂与经偶联剂处理过的纳米TiO2混合，搅拌均匀，再加入阻燃剂、抗氧剂以及光稳定剂，搅拌均匀，最后加入固化剂，继续搅拌均匀，备用；
3）成型：将由步骤1制得的预成型件放在模具上，将步骤2制得的混合液倒在预成型件上，然后合模；
4）脱模，即得。
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