CN107915971A - 连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法，它属于复合材料领域。本发明模塑料的配方包含如下质量份的物质：不饱和聚酯树脂60‑90份，低收缩剂10‑40份，苯乙烯0‑10份，填料100‑250份，玻璃纤维60‑130份，引发剂0.6‑2.0份，阻聚剂0‑0.2份，增稠剂0.6‑2.0份，内脱模剂2‑6份，加工助剂0‑4份。相比于常规全短切玻璃纤维增强片状模塑料，本发明在不提高玻璃纤维含量的情况下，使用连续定向玻璃纤维配合部分短切玻璃纤维作为增强材料，显著提高了材料的力学性能且实现材料表面巴氏硬度的大幅提高，并提供上述连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料的制备方法。

Description

连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种模塑料及其制备方法，尤其是涉及一种连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法，它属于复合材料领域。
背景技术
近年来，复合材料因其结构与性能的高度可设计性及日益提高的生产效率与材料性能，在日常生活中已越来越多地取代钢材与木材、应用于各种场合和领域。其中，片状模塑料（Sheet Molding Compound, SMC）技术因其可一次成型具有复杂精细结构的产品因而可省去后续繁杂的连接工序、生产效率高、环保、可根据需要进行配方设计等，成为目前玻纤增强热固性复合材料最为重要的成型工艺之一。
该技术的常规工艺流程如下：将不饱和聚脂树脂、低收缩剂树脂、填料、引发剂、阻聚剂、内脱模剂、色浆、增稠剂等化工原材料按照设定量在高速分散机内进行高速混合分散，进而使用片状模塑料生产机组将树脂糊与增稠剂糊按照设定比例进行混配、再与被短切成特定长度的玻璃纤维在上下载体膜表面进行复合。如此可得到截面为载体膜/树脂糊混杂玻纤/载体膜结构的复合材料中间体，再利用不饱和聚酯树脂中的羧基与羟基与碱金属氧化物间的物理化学作用、在特定温度下24-96小时的熟化，即得到一种载体膜可除去、本体可裁切与摆放的固态片状物。该片状物可在高温高压下流动充满模具型腔并发生交联固化反应，得到具有设定结构的热固性固体模压产品。此类产品在轨道交通、汽车/火车部件、电气用品、建材等领域得到了广泛的应用。
尽管有上述种种优点，传统的片状模塑料材质模压制品在高端日用及工业领域应用时，普遍存在两个缺点：一是因增强用纤维普遍为短切后长度12.5mm或25.4mm的纤维、且玻纤含量通常为20-30%（质量分数），因此材料本身的强度尤其是冲击强度方面偏低；二是材料表面硬度通常较低，与尖锐物品发生接触往往会留下划痕。这两个不足限制了该材料在高端厨卫领域的大量应用。对于前者，如使用定向玻璃纤维部分或全部取代短切玻璃纤维作为增强材料，无疑可在绝对纤维含量不变的基础上显著改善材料强度。在需要成型复杂结构的场合，可在表面层使用连续纤维增强材料、下层使用常规片状模塑料来成型。对于后者则需要从配方设计与原材料选取上着手进行改善。
公开日为2010年04月21日，公开号为CN101696320A的中国专利中，公开了一种名称为“一种连续定向玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料”的发明专利。该专利提供的连续定向玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模塑料虽采用连续定向玻璃纤维增强，但偏重于材料制备工艺的改进，并未涉及材料表面硬度的提高。
因此，提供一种保证材料的表面硬度提高的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法，显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种在常规的全短切玻璃纤维增强片状模塑料的基础上，通过全部或部分使用连续定向玻璃纤维替换短切玻璃纤维来提升材料力学性能尤其是弯曲与冲击强度；在此基础上通过优选配方与原材料，保证材料的表面硬度可达到巴氏硬度65以上的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：不饱和聚酯树脂60-90份，低收缩剂10-40份，苯乙烯0-10份，填料100-250份，玻璃纤维60-130份，引发剂0.6-2.0份，阻聚剂0-0.2份，增稠剂0.6-2.0份，内脱模剂2-6份，加工助剂0-4份。
作为优选，本发明所述不饱和聚酯树脂为间苯树脂或乙烯基树脂的一种或两种的混合。
作为优选，本发明所述低收缩剂为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯的一种或两种的混合。作为优选，本发明所述填料为氢氧化铝或氧化铝的一种或两种的混合。
作为优选，本发明所述玻璃纤维为无碱连续玻璃纤维与短切长度25.4 mm的短纤维的混合物，混合比例为：1:5-5:1。
作为优选，本发明所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁过氧化碳酸异丙酯（BIC-75）和过氧化-2-乙基已酸叔丁酯的一种或任意几种的混合。
作为优选，本发明所述阻聚剂为对苯醌。
作为优选，本发明所述内脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙的一种或两种的混合物。
作为优选，本发明所述增稠剂为氧化镁或氢氧化镁的一种或两种的混合物；加工助剂为BYK996或BYK972的一种或两种的混合物；该加工助剂BYK996或BYK972均为德国毕克化学生产的混合物。
为了使得片状模塑料呈现不同的颜色，可以在制备过程中加入各种颜料糊。
本发明还提供一种连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将不饱和聚酯树脂、低收缩剂、苯乙烯、填料、引发剂、阻聚剂、内脱模剂和加工助剂等按照一定比例称取，进行充分搅拌混合得到树脂糊；
b、将增稠剂与载体树脂混合，得到增稠剂糊；
c、将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与连续定向玻璃纤维及短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片材；
d、将片材在一定温度下放置熟化，待压入硬度达到一定范围后，即得到连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、由于使用连续定向玻璃纤维配合部分短切玻璃纤维进行增强，所得片状模塑料相比常规的全部使用短切玻璃纤维增强的片状模塑料在力学性能上有显著提高。在传统的片状模塑料制备过程中如要实现较高的强度，纤维含量需要做到40-45%以上，此时树脂糊粘度必须非常低方可保证玻纤被良好含浸、从而使得功能填料的添加变得非常困难；2、在保证上述高强度的基础上，所得片状模塑料的巴氏硬度可达65以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
本实施例连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料的配方包含如下质量份的物质：不饱和聚酯树脂60-90份，低收缩剂10-40份，苯乙烯0-10份，填料100-250份，玻璃纤维60-130份，引发剂0.6-2.0份，阻聚剂0-0.2份，增稠剂0.6-2.0份，内脱模剂2-6份，加工助剂0-4份。
本实施例中的不饱和聚酯树脂为间苯树脂或乙烯基树脂的一种或两种的混合。
本实施例中的低收缩剂树脂为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯的一种或两种的混合。
本实施例中的填料为氢氧化铝或氧化铝的一种或两种的混合。
本实施例中的玻璃纤维为无碱连续玻璃纤维与短切长度25.4 mm的短纤维的混合物，混合比例为：1:5-5:1。
本实施例中的引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）、叔丁过氧化碳酸异丙酯（BIC-75）、过氧化-2-乙基已酸叔丁酯（TBPO）的一种或任意几种的混合。
本实施例中的阻聚剂为对苯醌。
本实施例中的内脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙的一种或两种的混合物。
本实施例中的增稠剂为氧化镁或氢氧化镁的一种或两种的混合物；加工助剂为德国毕克化学生产的BYK996或BYK972的一种或两种的混合物。
本实施例还提供了连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料的制备方法，包括以下步骤：
a、将不饱和聚酯树脂、低收缩剂、苯乙烯、填料、引发剂、阻聚剂、内脱模剂和加工助剂等按照一定比例称取，进行充分搅拌混合得到树脂糊。
b、将增稠剂与载体树脂混合，得到增稠剂糊。
c、将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与连续定向玻璃纤维及短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片材。
d、将片材在一定温度下放置熟化，待压入硬度达到一定范围后，即得到连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料。
实施例1：
准备间苯树脂56kg，聚甲基丙烯酸甲酯24kg，苯乙烯2.4kg，氧化铝40kg，氢氧化铝96kg，玻璃纤维75.2kg（定向连续纤维与短切长度25.4 mm的短纤维的比例为 5:1），叔丁过氧化碳酸异丙酯0.8kg，对苯醌0.04kg，氧化镁0.96kg，硬脂酸锌3.2kg，BYK996助剂1.6kg。
将以上除增稠剂糊外的化工原材料按照预定比例称取并用高速搅拌机进行充分混合得到树脂糊，糊粘度约为140 P；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与连续定向玻璃纤维及短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片状模塑料片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到350-450后，即得到连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料。
实施例2：
准备乙烯基树脂60kg，聚苯乙烯20kg，苯乙烯4kg，氢氧化铝144kg，玻璃纤维78.4kg（定向连续纤维与短切长度25.4 mm的短纤维的比例为 4:2），过氧化苯甲酸叔丁酯1.2kg，对苯醌0.08kg，氧化镁1.12kg，硬脂酸锌4kg，BYK996助剂2.8kg。
将以上除增稠剂糊外的化工原材料按照预定比例称取并用高速搅拌机进行充分混合得到树脂糊，糊粘度约为125 P；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与连续定向玻璃纤维及短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片状模塑料片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到350-450后，即得到连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料。
实施例3：
准备间苯树脂52kg，甲基丙烯酸甲酯28kg，苯乙烯3.2kg，氢氧化铝80kg，氧化铝56kg，玻璃纤维64kg（定向连续纤维与短切长度25.4 mm的短纤维的比例为 5:1），叔丁过氧化碳酸异丙酯0.96kg，对苯醌0.04kg，氧化镁1.12kg，硬脂酸锌3.6kg，BYK996助剂2.4kg。
将以上除增稠剂糊外的化工原材料按照预定比例称取并用高速搅拌机进行充分混合得到树脂糊，糊粘度约为150 P；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与连续定向玻璃纤维及短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片状模塑料片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到350-450后，即得到连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料。
比较例：
准备邻苯树脂56kg，饱和聚酯24kg，苯乙烯2.4kg，碳酸钙136kg，玻璃纤维75.2kg（全部为短切长度25.4 mm的短纤维），叔丁过氧化碳酸异丙酯0.8kg，对苯醌0.04kg，氧化镁0.96kg，硬脂酸锌3.2kg，BYK996助剂1.0kg。
将以上除增稠剂糊外的化工原材料按照预定比例称取并用高速搅拌机进行充分混合得到树脂糊，糊粘度约为80 P；将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片状模塑料片材；将片材在45℃下放置熟化，待压入硬度达到350-450后，即得到常规短切玻璃纤维增强片状模塑料。
实施例1与比较例的常规力学性能、巴氏硬度结果对比如下：
可以看出，使用连续定向纤维增强的片状模塑料（实施例1），其在玻纤质量分数（wt%）相同的情况下力学性能明显优于全短切纤维增强常规片状模塑料（比较例），同时可实现巴氏硬度的大幅提升。
在以上各个实施例中，为了使得片状模塑料呈现不同的颜色，可以在制备过程中加入各种颜料糊。
通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述模塑料的配方包含如下质量份的物质：不饱和聚酯树脂60-90份，低收缩剂10-40份，苯乙烯0-10份，填料100-250份，玻璃纤维60-130份，引发剂0.6-2.0份，阻聚剂0-0.2份，增稠剂0.6-2.0份，内脱模剂2-6份，加工助剂0-4份。
2.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述不饱和聚酯树脂为间苯树脂或乙烯基树脂的一种或两种的混合。
3.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述低收缩剂为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯的一种或两种的混合。
4.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述填料采用氢氧化铝或氧化铝的一种或两种的混合。
5.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱连续玻璃纤维与短切长度25.4 mm的短纤维的混合物，混合比例为：1:5-5:1。
6.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、叔丁过氧化碳酸异丙酯和过氧化-2-乙基已酸叔丁酯的一种或任意几种的混合。
7.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述阻聚剂为对苯醌。
8.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述内脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙的一种或两种的混合物。
9.根据权利要求1所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：所述增稠剂为氧化镁或氢氧化镁的一种或两种的混合物；加工助剂为BYK996或BYK972的一种或两种的混合物。
10.一种连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料及其制备方法，采用权利要求1-9所述的连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料，其特征在于：包括以下步骤：
a、将不饱和聚酯树脂、低收缩剂、苯乙烯、填料、引发剂、阻聚剂、内脱模剂和加工助剂等按照一定比例称取，进行充分搅拌混合得到树脂糊；
b、将增稠剂与载体树脂混合，得到增稠剂糊；
c、将树脂糊和增稠剂糊同时通过片状模塑料生产机组的在线混合系统混合，再与连续定向玻璃纤维及短切玻璃纤维复合、经过浸渍和压实过程得到片材；
d、将片材在一定温度下放置熟化，待压入硬度达到一定范围后，即得到连续定向玻璃纤维增强高表面硬度片状模塑料。
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