CN109666264A - 一种rtm成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料及制备方法 - Google Patents

一种rtm成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料及制备方法，属于增强热固性树脂基复合材料领域，本发明要解决传统的玻璃纤维，碳纤维生产成本高，对环境的污染大，且不能满足可持续发展的要求。本发明复合材料由基体和增强体组成；其中，所述增强体为竹纤维毡。方法：一、用NaOH溶液浸泡竹纤维毡；二、除杂，再烘至绝干；三、预压；四、放入模具中，利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术注入热固性树脂体系使其成型。本发明探索在建筑装饰材料，汽车内饰等行业的应用。

Description

一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料及制备 方法
技术领域
本发明属于增强热固性树脂基复合材料领域，具体涉及一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料及制备方法。
背景技术
中国是世界上竹资源最丰富的国家，被誉为“竹子王国”，但是竹资源的利用率偏低，传统竹产业一般以牺牲原材料来赚取利益，产品的附加值低，效益不高，这也导致竹纤维的使用率更低。
在现阶段的RTM领域，玻璃纤维，碳纤维作为增强体制备复合材料已经有了相对成熟的体系和较为广泛的应用，虽然玻纤，碳纤制得的复合材强度高，稳定性好，但是玻纤，碳纤却有着很高的生产成本，并且从环境保护和可持续发展的角度看，碳纤和玻纤存在着很大的缺陷。在竹纤维增强复合材料领域，以竹纤维作为增强体制备热塑性树脂基复合材料已经有了较快的发展，且在汽车内饰，建筑装饰材料等方面有了一定的应用，而在热固性树脂基复合材料方面，竹纤维的应用却相对较少。
发明内容
传统的玻璃纤维，碳纤维生产成本高，对环境的污染大，且不能满足可持续发展的要求；因而，本发明提供了一种竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料的制备方法，从而探索RTM技术与热固性树脂基复合材料结合的可行性，并且初步探索竹纤维增强热固性树脂基复合材料的应用前景。
本发明中一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料按质量百分比由以下组分组成：
基体30％-70％，
其余为增强体；
其中，所述基体为热固性树脂；所述增强体为竹纤维毡。
进一步地限定，所述的竹纤维毡是由长度为30mm-70mm及直径为10μm-50μm的竹纤维制成的。
进一步地限定，所述的热固性树脂为CYD-128环氧树脂体系或R-802乙烯基树脂体系。
进一步地限定，所述的CYD-128环氧树脂体系主要是由100重量份环氧树脂CYD-128和15-20重量份固化剂593组成。
进一步地限定，CYD-128环氧树脂体系还包括2～5重量份促进剂为苄基二甲胺、2～5重量份硅烷偶联剂KH550和2～50重量份增韧剂403。其中，所述的热固性树脂体系是可以按下述方式制备向100重量份环氧树脂依次加入增韧剂、促进剂、硅烷偶联剂和固化剂后混匀。
进一步地限定，所述的R-802乙烯基树脂体系是由100重量份乙烯基树脂、1.5-2重量份固化剂TBPO组成。
本发明一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料的制备方法是按如下步骤进行的：
步骤一、用NaOH溶液对竹纤维毡进行浸泡处理；
步骤二、然后去除竹纤维毡中的杂质，再烘至绝干；
步骤三、然后用压机进行预压；
步骤四、然后放入模具中，利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术注入热固性树脂体系使其成型。
进一步地限定，步骤一所述NaOH溶液浓度为0.5％-1％，浸泡时间为24h。
进一步地限定，步骤四中在注射压力为0.1MPa-1.0MPa，真空度为0.02MPa-0.08MPa及注射温度为30℃-35℃下注入CYD-128环氧树脂体系，在40℃下固化0.5h后在60℃下固化1h，成型。
进一步地限定，步骤四中在注射压力为0.1MPa-1.0MPa，真空度0.02MPa-0.08MPa，及注射温度:常温下注入R-802乙烯基树脂体系，在80℃的条件下固化1h，成型。
本发明所采用的竹纤维毡铺装均匀，成本低，但所形成的复合材料却依然有着可观的强度和韧性
本发明所采用的VARTM成型工艺，是在RTM工艺的基础上，在模具内抽真空，再注入树脂，此法增强了树脂的流动性和浸润性，减少产品气泡的数量.由于碳纤维，玻纤在RTM领域已有广泛成熟的应用，本发明在以竹纤维为增强体，热固性树脂为基体，探究竹纤维复合材料在建筑装饰材料，汽车内饰等行业的应用。
热固性树脂在反应固化后有较大的收缩率，竹纤维的添加可以有效降低树脂固化的收缩率，同时对复合材料的性能有明显的提升。
本发明所采用的纤维毡采用物理方法加工，生产成本低，对环境几乎无污染，且竹材在我国是绿色可再生材料，完全符合可持续发展的要求。
本发明顺应了竹纤维增强复合材料快速发展的趋势，将RTM成型技术与天然植物纤维结合起来，初步探索天然纤维增强热固性树脂基复合材料的应用。
本发明中竹纤维毡增强热固性树脂复合材料与纯树脂板材相比，由于纤维的加入，其拉伸强度和弯曲强度有了很大的提升。在现有的纤维增强复合材料中，其原材料的生产无法满足环境友好和可持续的发展要求，且成本较高，而本发明所采用的竹纤维毡生产成本低，且满足绿色环保可持续的要求，具有很广阔的应用前景。
具体实施方式
竹纤维是一种比强度大，长径比高，绿色可再生的原材料，作为增强体添加到热固性树脂体系中，可以有效降低树脂固化的收缩率，从而达到节省生产成本和改善复合材料性能的目的。
实例1：本实施例中RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、用质量浓度为1％NaOH对竹纤维毡进行浸泡24h；
步骤二、去除竹纤维毡中的杂质，烘至绝干，绝干后质量为101.4g
步骤三、用压机中对除杂后的竹纤维毡在5MPa下预压2h；
步骤四、然后放入模具中，利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术注入CYD-128环氧树脂体系使其成型，即得到质量为431.8g的300mm*300mm*3mm的复合材料板；
其中，步骤四所述的CYD-128环氧树脂体系是将100重量份环氧树脂CYD-128、15重量份固化剂593混匀得到的。
检测结果见表2
实施例2：本实施例中RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、用质量浓度为0.5％NaOH对竹纤维毡进行浸泡处理24小时；
步骤二、去除竹纤维毡中的杂质，烘至绝干，绝干后质量为104.3g
步骤三、用压机中对除杂后的竹纤维毡在5MPa下预压2h；
步骤四、然后放入模具中，利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术注入R-802乙烯基树脂体系使其成型，即得到质量为433.5g的300mm*300mm*3mm的复合材料板；
其中，步骤四所述的R-802乙烯基树脂体系是将100重量份乙烯基树脂R-802、15重量份固化剂TBPO混匀得到的。
检测结果见表4
实例3：本实施例中RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、用质量浓度为0.5％NaOH对竹纤维毡进行浸泡处理24h；
步骤二、去除竹纤维毡中的杂质，烘至绝干，绝干后质量为102.4g；
步骤三、用压机中对除杂后的竹纤维毡在5MPa下预压2h；
步骤四、然后放入模具中，利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术注入CYD-128环氧树脂体系使其成型，即得到质量为451.4g的300mm*300mm*3mm的复合材料板；
其中，步骤四所述的CYD-128环氧树脂体系是向100重量份环氧树脂CYD-128中加入5重量份偶联剂KH550和15份固化剂593，然后混匀得到的。
检测结果见表6
实施例4：本实施方式与实施3不同的在于：步骤四所述的CYD-128环氧树脂体系是向100重量份环氧树脂CYD-128依次加入20重量份增韧剂403、5重量份促进剂为苄基二甲胺、4重量份硅烷偶联剂KH550、15重量份固化剂593后混匀得到的。其它步骤和参数与实施例3相同。

Claims (9)

1.一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料，其特征在于按质量百分比所述复合材料由以下组分组成：
基体30％-70％，
其余为增强体；
其中，所述基体为热固性树脂；所述增强体为竹纤维毡。
2.根据权利要求1所述的一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料，其特征在于所述的竹纤维毡是由长度为30mm-70mm及直径为10μm-50μm的竹纤维制成的。
3.根据权利要求1或2所述的一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料，其特征在于所述的热固性树脂为CYD-128环氧树脂体系或R-802乙烯基树脂体系。
4.根据权利要求3所述的一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料，其特征在于所述CYD-128环氧树脂体系主要是由100重量份环氧树脂CYD-128和15-20重量份固化剂593组成。
5.根据权利要求4所述的一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料，其特征在于所述CYD-128环氧树脂体系还包括2～5重量份促进剂为苄基二甲胺、2～5重量份硅烷偶联剂KH550和2～50重量份增韧剂403。
6.根据权利要求3所述的一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料，其特征在于所述R-802乙烯基树脂体系是由100重量份乙烯基树脂、1.5-2重量份固化剂TBPO组成。
7.如权利1-6所述任意一项权利要求所述的一种RTM成型竹纤维毡增强热固性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是按如下步骤进行的：
步骤一、用NaOH溶液对竹纤维毡进行浸泡处理；
步骤二、然后去除竹纤维毡中的杂质，再烘至绝干；
步骤三、然后用压机进行预压；
步骤四、然后放入模具中，利用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术注入热固性树脂体系使其成型。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤四中在注射压力为0.1MPa-1.0MPa，真空度为0.02MPa-0.08MPa及注射温度为30℃-35℃下注入CYD-128环氧树脂体系，在40℃下固化0.5h后在60℃下固化1h，成型。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤四中在注射压力为0.1MPa-1.0MPa，真空度0.02MPa-0.08MPa，及注射温度:常温下注入R-802乙烯基树脂体系,在80℃1h的条件下固化，成型。
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