CN109535679A - 一种聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法；本发明以不饱和树脂、玻璃纤维、碳纤维、碳酸钙、防老剂、硅树脂甲基支链硅油、增稠剂、过氧化二碳酸二异丙酯和钛酸酯偶联剂作为制备本发明的聚酯玻璃钢复合材料的原材料，使得聚酯玻璃钢复合材料具有耐热性能高、阻燃性能好、软化温度高等优点，同时聚酯玻璃钢复合材料硬度高和抗冲击能力强；本发明的制备方法中通过对玻璃纤维和碳纤维对改性，使得玻璃钢复合材料的耐热性能和阻燃性能得到显著提高，同时制备方法简单，适合大面积推广。

Description

一种聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维(英文原名为：glass fiber或fiberglass)是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它一般是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20～1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。
碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
聚酯玻璃钢复合材料一般是指用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂得到的一种化学复合材料。聚酯玻璃钢复合材料具有质轻而硬，不导电，机械强度高等优点。
在中国公开的专利申请号CN201610612848.9中针对获得一种改性增强聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)制备玻璃纤维；(2)玻璃纤维预处理；(3)称取石墨烯量子点配制成浓度为0.1～1mg/ml的分散溶液，溶剂为水、丙酮或二甲基亚砜；超声搅拌80～100ml石墨烯量子点分散溶液，将预处理后的玻璃纤维加入其中，超声搅拌速度减半，浸渍30～60min；取出玻璃纤维清洗，烘干，待用；(4)制备石墨烯改性玻璃纤维增强体并通过硅烷偶联剂进行改性；(5)将不饱和聚酯树脂片与步骤(4)改性后的玻璃纤维增强体复合，即得改性增强聚酯玻璃钢复合材料。所制得的改性增强聚酯玻璃钢复合材料具有更加优异的力学性能，软化温度在150℃以上。
在中国公开的专利申请号CN201610612898.7中针对获得一种持久抗菌的高性能聚酯玻璃钢材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)制备玻璃纤维；(2)玻璃纤维预处理；(3)制备负载银的玻璃纤维；(4)涂覆多孔石墨烯；(5)制备负载银/二氧化钛的玻璃纤维；(6)负载银/二氧化钛的玻璃纤维通过硅烷偶联剂进行改性，与不饱和聚酯树脂片复合，即得聚酯玻璃钢材料。所制得的改性增强聚酯玻璃钢复合材料具有更加优异的力学性能以及持久抗菌特性，软化温度在150℃以上。
随着科研生产的不断发展，对聚酯玻璃钢提出了更高的性能使用要求，需要对其耐热、阻燃等特性进行进一步的改进处理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚酯玻璃钢复合材料及其制备方法，不仅具有耐热性能高、阻燃性能好，同时软化温度高等优点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种聚酯玻璃钢复合材料，其成分按重量份计：不饱和树脂92-108份、玻璃纤维21-26份、碳纤维10-16份、碳酸钙23-36份、防老剂2.3-3.5份、硅树脂甲基支链硅油2.5-3.3份、增稠剂1.2-1.8份、过氧化二碳酸二异丙酯0.8-1.3份、钛酸酯偶联剂8.3-9.3份。
优选的，一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
a、将玻璃纤维和碳纤维置于过硫酸钾溶液中，进行加热氧化处理，加热时间为25-30min，加热温度为75-92℃，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到混合纤维，备用；
b、将步骤a中的混合纤维置于钛酸酯偶联剂中浸泡1.5-2.2h，浸泡温度控制在65-85℃，得到预处理纤维；
c、将不饱和树脂、碳酸钙、增稠剂和过氧化二碳酸二异丙酯均置于高混机中进行高速搅拌25-35min，然后将步骤b中的预处理纤维和剩余物料加入高混机中进行继续混合15-25min，最后在模具中75-80℃固化10-15min，常温脱模，即得聚酯玻璃钢复合材料。
优选的，该聚酯玻璃钢复合材料的组成成分包括如下重量份计：不饱和树脂96-104份、玻璃纤维23-25份、碳纤维13-15份、碳酸钙27-31份、防老剂2.4-2.5份、硅树脂甲基支链硅油2.8-3.1份、增稠剂1.4-1.6份、过氧化二碳酸二异丙酯0.9-1.1份、钛酸酯偶联剂8.7-9.1份。
优选的，该聚酯玻璃钢复合材料的组成成分包括如下重量份计：不饱和树脂100份、玻璃纤维25份、碳纤维14份、碳酸钙27份、防老剂2.4份、硅树脂甲基支链硅油3份、增稠剂1.4份、过氧化二碳酸二异丙酯1.1份、钛酸酯偶联剂8.7份。
优选的，所述碳纤维选用通用型。
优选的，所述防老剂由防老剂H和防老剂A按照混合比例1：1混合而成。
优选的，所述钛酸酯偶联剂选用配位体型，所述钛酸酯偶联剂的体积浓度为35-48％。
优选的，所述高混机的温度控制器165-185℃。
优选的，所述高混机的转速为650-750r/min。
有益效果：
本发明以不饱和树脂、玻璃纤维、碳纤维、碳酸钙、防老剂、硅树脂甲基支链硅油、增稠剂、过氧化二碳酸二异丙酯和钛酸酯偶联剂作为制备本发明的聚酯玻璃钢复合材料的原材料，使得聚酯玻璃钢复合材料具有耐热性能高、阻燃性能好、软化温度高等优点，同时聚酯玻璃钢复合材料硬度高和抗冲击能力强。本发明的制备方法中通过对玻璃纤维和碳纤维对改性，使得玻璃钢复合材料的耐热性能和阻燃性能得到显著提高，同时制备方法简单，适合大面积推广。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种聚酯玻璃钢复合材料，其成分按重量份计：不饱和树脂92份、玻璃纤维21份、碳纤维10份、碳酸钙23份、防老剂2.5份、硅树脂甲基支链硅油2.5份、增稠剂1.6份、过氧化二碳酸二异丙酯0.8份、钛酸酯偶联剂9.3份。
一种聚酯玻璃钢复合材料，其制备方法包括以下步骤：
a、将玻璃纤维和碳纤维置于过硫酸钾溶液中，进行加热氧化处理，加热时间为25min，加热温度为88℃，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到混合纤维，备用；
b、将步骤a中的混合纤维置于钛酸酯偶联剂中浸泡1.5h，浸泡温度控制在85℃，得到预处理纤维；
c、将不饱和树脂、碳酸钙、增稠剂和过氧化二碳酸二异丙酯均置于高混机中进行高速搅拌25min，然后将步骤b中的预处理纤维和剩余物料加入高混机中进行继续混合15min，高混机的转速为650r/min，高混机的温度控制器165℃，最后在模具中80℃固化10min，常温脱模，即得聚酯玻璃钢复合材料。
碳纤维选用通用型。
防老剂由防老剂H和防老剂A按照混合比例1：1混合而成。
钛酸酯偶联剂选用配位体型，所述钛酸酯偶联剂的体积浓度为48％。
实施例2：
一种聚酯玻璃钢复合材料，其成分按重量份计：不饱和树脂96份、玻璃纤维23份、碳纤维12份、碳酸钙36份、防老剂2.3份、硅树脂甲基支链硅油2.8份、增稠剂1.2份、过氧化二碳酸二异丙酯0.9份、钛酸酯偶联剂8.3份。
一种聚酯玻璃钢复合材料，其制备方法包括以下步骤：
a、将玻璃纤维和碳纤维置于过硫酸钾溶液中，进行加热氧化处理，加热时间为27min，加热温度为75℃，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到混合纤维，备用；
b、将步骤a中的混合纤维置于钛酸酯偶联剂中浸泡1.7h，浸泡温度控制在65℃，得到预处理纤维；
c、将不饱和树脂、碳酸钙、增稠剂和过氧化二碳酸二异丙酯均置于高混机中进行高速搅拌28min，然后将步骤b中的预处理纤维和剩余物料加入高混机中进行继续混合18min，高混机的转速为750r/min，高混机的温度控制器172℃，最后在模具中75℃固化12min，常温脱模，即得聚酯玻璃钢复合材料。
碳纤维选用通用型。
防老剂由防老剂H和防老剂A按照混合比例1：1混合而成。
钛酸酯偶联剂选用配位体型，所述钛酸酯偶联剂的体积浓度为35％。
实施例3：
一种聚酯玻璃钢复合材料，其成分按重量份计：不饱和树脂100份、玻璃纤维25份、碳纤维14份、碳酸钙27份、防老剂2.4份、硅树脂甲基支链硅油3份、增稠剂1.4份、过氧化二碳酸二异丙酯1.1份、钛酸酯偶联剂8.7份。
一种聚酯玻璃钢复合材料，其制备方法包括以下步骤：
a、将玻璃纤维和碳纤维置于过硫酸钾溶液中，进行加热氧化处理，加热时间为29min，加热温度为82℃，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到混合纤维，备用；
b、将步骤a中的混合纤维置于钛酸酯偶联剂中浸泡1.9h，浸泡温度控制在71℃，得到预处理纤维；
c、将不饱和树脂、碳酸钙、增稠剂和过氧化二碳酸二异丙酯均置于高混机中进行高速搅拌31min，然后将步骤b中的预处理纤维和剩余物料加入高混机中进行继续混合21min，高混机的转速为680r/min，高混机的温度控制器178℃，最后在模具中77℃固化13min，常温脱模，即得聚酯玻璃钢复合材料。
碳纤维选用通用型。
防老剂由防老剂H和防老剂A按照混合比例1：1混合而成。
钛酸酯偶联剂选用配位体型，所述钛酸酯偶联剂的体积浓度为39％。
实施例4：
一种聚酯玻璃钢复合材料，其成分按重量份计：不饱和树脂108份、玻璃纤维26份、碳纤维16份、碳酸钙31份、防老剂2.3份、硅树脂甲基支链硅油3.3份、增稠剂1.8份、过氧化二碳酸二异丙酯1.3份、钛酸酯偶联剂9.1份。
一种聚酯玻璃钢复合材料，其制备方法包括以下步骤：
a、将玻璃纤维和碳纤维置于过硫酸钾溶液中，进行加热氧化处理，加热时间为30min，加热温度为92℃，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到混合纤维，备用；
b、将步骤a中的混合纤维置于钛酸酯偶联剂中浸泡2.2h，浸泡温度控制在78℃，得到预处理纤维；
c、将不饱和树脂、碳酸钙、增稠剂和过氧化二碳酸二异丙酯均置于高混机中进行高速搅拌35min，然后将步骤b中的预处理纤维和剩余物料加入高混机中进行继续混合25min，高混机的转速为710/min，高混机的温度控制器185℃，最后在模具中79℃固化15min，常温脱模，即得聚酯玻璃钢复合材料。
碳纤维选用通用型。
防老剂由防老剂H和防老剂A按照混合比例1：1混合而成。
钛酸酯偶联剂选用配位体型，所述钛酸酯偶联剂的体积浓度为43％。
对比例：
以安徽省某公司生产的聚酯玻璃钢复合材料作为对比例，对本发明制得的聚酯玻璃钢复合材料和对比例中的聚酯玻璃钢复合材料作进行性能检测。
物理性能测试，结果见下表：
邵氏硬度的测试条件为：按照国家标准GB/T230.2-2002对聚酯玻璃钢复合材料的邵氏硬度进行测试；
弯曲强度的测试条件为：按照国家标准GB/T9341-2000对聚酯玻璃钢复合材料的弯曲强度进行测试；
抗冲击强度的测试条件为：按照国家标准GB/T9341-2008对聚酯玻璃钢复合材料的Izod切口抗冲击强度进行测试；
软化温度的测试条件为：按照国家标准GB/T5989-2008对聚酯玻璃刚复合材料的软化温度进行测试。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于，其成分按重量份计：不饱和树脂92-108份、玻璃纤维21-26份、碳纤维10-16份、碳酸钙23-36份、防老剂2.3-3.5份、硅树脂甲基支链硅油2.5-3.3份、增稠剂1.2-1.8份、过氧化二碳酸二异丙酯0.8-1.3份、钛酸酯偶联剂8.3-9.3份。
2.根据权利要求1所述的一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
a、将玻璃纤维和碳纤维置于过硫酸钾溶液中，进行加热氧化处理，加热时间为25-30min，加热温度为75-92℃，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到混合纤维，备用；
b、将步骤a中的混合纤维置于钛酸酯偶联剂中浸泡1.5-2.2h，浸泡温度控制在65-85℃，得到预处理纤维；
c、将不饱和树脂、碳酸钙、增稠剂和过氧化二碳酸二异丙酯均置于高混机中进行高速搅拌25-35min，然后将步骤b中的预处理纤维和剩余物料加入高混机中进行继续混合15-25min，最后在模具中75-80℃固化10-15min，常温脱模，即得聚酯玻璃钢复合材料。
3.据权权利要求1所述的一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于：该聚酯玻璃钢复合材料的组成成分包括如下重量份计：不饱和树脂96-104份、玻璃纤维23-25份、碳纤维13-15份、碳酸钙27-31份、防老剂2.4-2.5份、硅树脂甲基支链硅油2.8-3.1份、增稠剂1.4-1.6份、过氧化二碳酸二异丙酯0.9-1.1份、钛酸酯偶联剂8.7-9.1份。
4.根据权利要求1所述的一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于：该聚酯玻璃钢复合材料的组成成分包括如下重量份计：不饱和树脂100份、玻璃纤维25份、碳纤维14份、碳酸钙27份、防老剂2.4份、硅树脂甲基支链硅油3份、增稠剂1.4份、过氧化二碳酸二异丙酯1.1份、钛酸酯偶联剂8.7份。
5.根据权利要求1所述的一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于：所述碳纤维选用通用型。
6.根据权利要求1所述的一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于：所述防老剂由防老剂H和防老剂A按照混合比例1：1混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种聚酯玻璃钢复合材料，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂选用配位体型，所述钛酸酯偶联剂的体积浓度为35-48％。
8.根据权利要求2所述的一种聚酯玻璃钢复合材料的制备方法，其特征在于：所述高混机的温度控制器165-185℃。
9.根据权利要求2所述的一种聚酯玻璃钢复合材料的制备方法，其特征在于：所述高混机的转速为650-750r/min。
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