CN109608671A - 一种碳纤维乙烯基树脂smc复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，包括：步骤一、按照重量份数，将10～20份乙烯基树脂，3～8份收缩剂，6～10份无机矿物填料，1～2份内脱模剂，0.5～1份固化剂，0.1～0.2份阻聚剂加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到第一树脂糊；步骤二、按照重量份数，将0.2～0.4氧化镁与0.5～1.0份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，搅拌均匀，得到第二树脂糊；步骤三、将所述第二树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊层之间，通过压力辊压制，收卷成SMC卷材；步骤四、将所述SMC卷材在温度为30～45℃下进行增稠熟化后，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于模具中，压制固化，得到SMC复合材料。

Description

一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于汽车工业用SMC材料制备技术领域，特别涉及一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法。
背景技术
SMC复合材料是玻璃钢的一种。SMC复合材料及其SMC模压制品，具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性。所以SMC制品的应用范围相当广泛，主要包括：电气工业、汽车工业、铁路车辆、通讯工程、防爆电器设备外壳等领域。
SMC材料多采用玻璃纤维增强不饱和树脂得到，这种SMC在一定程度上满足了材料的强度要求，但近年随着汽车行业的快速发展，对SMC材料提出了更高的要求，特别是汽车的轻量化要求SMC材料向轻质高强的方向继续发展。传统的玻璃纤维增强SMC材料已经无法满足汽车行业的需求。
目前，碳纤维增强的SMC复合材料成为研究的热点，一直以来碳纤维片状模塑料没有的到广泛应用的主要原因是由于碳纤维价格昂贵。随着碳纤维价格的逐年下降，使碳纤维增强的SMC复合材料大范围的应用成为了可能。在树脂方面，乙烯基树脂不仅具有不饱和树脂优异的固化性能，还保留了环氧树脂耐高温、耐腐蚀的性能。因此，乙烯基树脂成为SMC树脂基体的理想选择。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其通过控制碳纤维的添加量，在保证降低SMC材料的比重的前提下，提升SMC材料的强度。
本发明的另一个目的是通过控制增稠剂与树脂糊的搅拌速度，使增稠剂在树脂糊中分散均匀，进一步提升SMC材料的强度。
本发明提供的技术方案为：
一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份数，将10～20份乙烯基树脂，3～8份收缩剂，6～10份无机矿物填料，1～2份内脱模剂，0.5～1份固化剂，0.1～0.2份阻聚剂加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到第一树脂糊；
步骤二、按照重量份数，将0.2～0.4氧化镁与0.5～1.0份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，搅拌均匀，得到第二树脂糊；
步骤三、将所述第二树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊层之间，通过压力辊压制，收卷成SMC卷材；
其中，所述短切碳纤维的份数为：
其中，X1为乙烯基树脂的份数，X2为无机矿物填料的份数，X3为氧化镁的份数，X4为二异氰酸酯的份数；X0为单位份数；
步骤四、将所述SMC卷材在温度为30～45℃下进行增稠熟化后，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于模具中，压制固化，得到SMC复合材料。
优选的是，所述乙烯基树脂为环氧乙烯基树脂。
优选的是，所述收缩剂为聚苯乙烯。
优选的是，所述无机矿物填料为碳酸钙。
优选的是，所述短切碳纤维的长度为0.5～40mm。
优选的是，所述氧化镁与二异氰酸酯的重量比为1：2～3。
优选的是，在所述步骤一中，搅拌机的转速为800～1200转/min，搅拌时间为10min。
优选的是，在所述步骤二中，搅拌机的转速为：
其中，n0为设定的基础转速；X3为氧化镁的份数，X4为二异氰酸酯的份数；T为环境温度，T0为设定的标准温度，X0为单位份数。
优选的是，在所述步骤二中，搅拌时间为2～3min。
优选的是，在所述步骤三中，树脂糊层的厚度为2～4mm。
本发明的有益效果是：
本发明提供的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，通过控制碳纤维的添加量，在保证降低SMC材料的比重的前提下，提升SMC材料的强度。
本发明通过控制增稠剂与树脂糊的搅拌速度，使增稠剂在树脂糊中分散均匀，进一步提升SMC材料的强度。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份数，将10～20份乙烯基树脂，3～8份收缩剂，6～10份无机矿物填料，1～2份内脱模剂，0.5～1份固化剂，0.1～0.2份阻聚剂加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为800～1200转/min，搅拌10min，得到第一树脂糊。
其中，所述乙烯基树脂为环氧乙烯基树脂；所述收缩剂为聚苯乙烯；所述无机矿物填料为碳酸钙；所述内脱模剂采用硬脂酸锌；固化剂采用氧化苯甲酸叔丁酯或间苯二甲胺；阻聚剂采用对苯二酚。
步骤二、按照重量份数，将0.2～0.4氧化镁与0.5～1.0份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，搅拌均匀，得到第二树脂糊。
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为2～4mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊层之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，所述短切碳纤维的份数为：
其中，X1为乙烯基树脂的份数，X2为无机矿物填料的份数，X3为氧化镁的份数，X4为二异氰酸酯的份数；X0为单位份数，X0＝1份。
步骤四、将所述SMC卷材在温度为30～45℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至110～150℃的模具中，合模后加压至3～10MPa，并在温度为110～150℃和压强为3～10MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间约为1min，得到SMC复合材料。
在另一实施例中，所述短切碳纤维的长度为0.5～40mm。
在另一实施例中，所述氧化镁与二异氰酸酯的重量比为1：2～3。
在另一实施例中，在所述步骤二中，搅拌机的转速为：
搅拌时间设定为2～3min。
其中，X3为氧化镁的份数，X4为二异氰酸酯的份数，T为环境温度(室温)，单位℃；n0为设定的基础转速；n0＝1200转/min，T0为设定的标准温度，T0＝20℃，X0为单位份数，X0＝1份。
实施例1
步骤一、按照重量份数，将10份环氧乙烯基树脂，3份聚苯乙烯，6份碳酸钙，1份硬脂酸锌，0.5份间苯二甲胺，0.1份对苯二酚加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为1000转/min，搅拌10min，得到第一树脂糊。
步骤二、按照重量份数，将0.2氧化镁与0.5份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，设定搅拌时间为2～3min；
设定搅拌机的转速为：
其中，搅拌过程中，环境温度(室温)为28℃。
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为2mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，采用长度为0.5～40mm的短切碳纤维，短切碳纤维的份数为：
步骤四、将SMC卷材在温度为30℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至130℃的模具中，合模后加压至5MPa，并在温度为130℃和压强为5MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间为1min，得到SMC复合材料。
实施例2
步骤一、按照重量份数，将20份环氧乙烯基树脂，8份聚苯乙烯，10份碳酸钙，2份硬脂酸锌，1份间苯二甲胺，0.2份对苯二酚加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为800转，搅拌10min，得到第一树脂糊。
步骤二、按照重量份数，将0.4氧化镁与1.0份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，设定搅拌时间为3min；
设定搅拌机的转速为：
其中，搅拌过程中，环境温度(室温)为32℃。
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为4mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，采用长度为0.5～40mm的短切碳纤维，短切碳纤维的份数为：
步骤四、将SMC卷材在温度为45℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至150℃的模具中，合模后加压至10MPa，并在温度为150℃和压强为10MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间为40s，得到SMC复合材料。
实施例3
步骤一、按照重量份数，将13份环氧乙烯基树脂，5份聚苯乙烯，8份碳酸钙，1.2份硬脂酸锌，0.6份间苯二甲胺，0.13份对苯二酚加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为1000转/min，搅拌10min，得到第一树脂糊。
步骤二、按照重量份数，将0.3氧化镁与0.9份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，设定搅拌时间为3min；
设定搅拌机的转速为：
其中，搅拌过程中，环境温度(室温)为30℃。
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为3mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，采用长度为0.5～40mm的短切碳纤维，短切碳纤维的份数为：
步骤四、将SMC卷材在温度为40℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至120℃的模具中，合模后加压至8MPa，并在温度为120℃和压强为8MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间为1min，得到SMC复合材料。
实施例4
步骤一、按照重量份数，将16份环氧乙烯基树脂，6份聚苯乙烯，8份碳酸钙，1.5份硬脂酸锌，0.8份间苯二甲胺，0.15份对苯二酚加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为800～1200转/min，搅拌10min，得到第一树脂糊。
步骤二、按照重量份数，将0.3氧化镁与0.5份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，设定搅拌时间为3min；
设定搅拌机的转速为：
其中，搅拌过程中，环境温度(室温)为30℃。
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为2mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，采用长度为0.5～40mm的短切碳纤维，短切碳纤维的份数为：
步骤四、将SMC卷材在温度为30℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至110℃的模具中，合模后加压至3MPa，并在温度为110℃和压强为3MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间为1min，得到SMC复合材料。
对比例1
步骤一、按照重量份数，将10份环氧乙烯基树脂，3份聚苯乙烯，6份碳酸钙，1份硬脂酸锌，0.5份间苯二甲胺，0.1份对苯二酚加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为1000转，搅拌10min，得到第一树脂糊。
步骤二、按照重量份数，将0.2氧化镁与0.5份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，设定搅拌速度为1300转，搅拌时间为3min；
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为2mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，采用长度为0.5～40mm的短切碳纤维，短切碳纤维的份数为10份。试验过程中，室温为30℃。
步骤四、将SMC卷材在温度为30℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至130℃的模具中，合模后加压至5MPa，并在温度为130℃和压强为5MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间为1min，得到SMC复合材料。
对比例2
步骤一、按照重量份数，将20份环氧乙烯基树脂，8份聚苯乙烯，10份碳酸钙，2份硬脂酸锌，1份间苯二甲胺，0.2份对苯二酚加入到搅拌机中，控制搅拌机的转速为800转，搅拌10min，得到第一树脂糊。
步骤二、按照重量份数，将0.4氧化镁与1.0份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，设定搅拌机的转速为1300转/min：设定搅拌时间为3min；
步骤三、将所述第二树脂糊送入SMC机组的储糊槽中，通过SMC机组将树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，树脂糊层的厚度为4mm；将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊之间，通过压力辊压制，将树脂糊和玻璃纤维浸透混合一体，经调整辊排除空气，收卷成SMC卷材。
其中，采用长度为0.5～40mm的短切碳纤维，短切碳纤维的份数为10份。试验过程中，室温为30℃。
步骤四、将SMC卷材在温度为45℃下进行增稠熟化后，取出SMC卷材进行剪裁，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于预热至150℃的模具中，合模后加压至10MPa，并在温度为150℃和压强为10MPa下保温保压制固化，每1mm厚度的SMC材料的固化时间为40s，得到SMC复合材料。
实施例1～4及对比例1、2中制备得到的SMC复合材料的力学性能如表1所示。
表1 SMC材料的力学性能
从表1中可以看出，实施例1～4中通过控制添加的短切碳纤维的量及搅拌速度，使制备的SMC材料在保证较低比重的情况下，具有较好的力学性能。对比例1和2中制备得到的SMC材料，在比重较低的情况下，力学性能相对较差。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份数，将10～20份乙烯基树脂，3～8份收缩剂，6～10份无机矿物填料，1～2份内脱模剂，0.5～1份固化剂，0.1～0.2份阻聚剂加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到第一树脂糊；
步骤二、按照重量份数，将0.2～0.4氧化镁与0.5～1.0份二异氰酸酯加入所述第一树脂糊中，搅拌均匀，得到第二树脂糊；
步骤三、将所述第二树脂糊均匀涂覆在两片聚乙烯薄膜上形成树脂糊层，将短切碳纤维平铺在所述两片聚乙烯薄膜的树脂糊层之间，通过压力辊压制，收卷成SMC卷材；
其中，所述短切碳纤维的份数为：
其中，X1为乙烯基树脂的份数，X2为无机矿物填料的份数，X3为氧化镁的份数，X4为二异氰酸酯的份数；X0为单位份数；
步骤四、将所述SMC卷材在温度为30～45℃下进行增稠熟化后，去除SMC卷材表面的聚乙烯薄膜，放置于模具中，压制固化，得到SMC复合材料。
2.根据权利要求1所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，所述乙烯基树脂为环氧乙烯基树脂。
3.根据权利要求2所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，所述收缩剂为聚苯乙烯。
4.根据权利要求3所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机矿物填料为碳酸钙。
5.根据权利要求4所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维的长度为0.5～40mm。
6.根据权利要求5所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化镁与二异氰酸酯的重量比为1：2～3。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，搅拌机的转速为800～1200转/min，搅拌时间为10min。
8.根据权利要求7所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，搅拌机的转速为：
其中，n0为设定的基础转速；X3为氧化镁的份数，X4为二异氰酸酯的份数；T为环境温度，T0为设定的标准温度，X0为单位份数。
9.根据权利要求8所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，搅拌时间为2～3min。
10.根据权利要求9所述的碳纤维乙烯基树脂SMC复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，树脂糊层的厚度为2～4mm。
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CN112724930A (zh) * 2021-02-03 2021-04-30 河北铭特环保设备科技有限公司 一种smc模压制品的粘接剂以其制备和粘接方法

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