CN109927376B - 一种阻燃玻璃钢复合材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种阻燃玻璃钢复合材料及其生产工艺，该阻燃玻璃钢复合材料包括外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层，所述横向强化层、纵向强化层为MCM/废玻璃钢复合树脂材料，所述外表层、横向强化层、纵向强化层、内衬层均含有阻燃成分，本发明通过合理的层状结构设计和原料选配，显著提高了纤维间的缠绕交联稳定度，空间构型稳定，对阻燃和强化填料的吸附结合性强，有效成分结合力强，保留性高，有效使用寿命显著延长，且综合力学性能也显著改善，具有良好的推广应用前景。

Description

一种阻燃玻璃钢复合材料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及玻璃钢生产技术领域，具体涉及一种阻燃玻璃钢复合材料及其生产工艺。

背景技术

玻璃钢(FRP)亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称为玻璃钢，不同于钢化玻璃。

复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。例如，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，像玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”，这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958年提出的，由建材系统扩至全国。玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。

随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，无疑地，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面了。当下，为了适应工业的发展需求，不同条件下使用的玻璃钢性能要求也不相同，如阻燃性、防腐性、轻质高强、耐磨性、阻垢性等等，这些都是可以根据需要针对性改进完善的功能方向。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种阻燃玻璃钢复合材料及其生产工艺，通过合理的层状结构设计和原料选配，显著提高了纤维间的缠绕交联稳定度，空间构型稳定，对阻燃和强化填料的吸附结合性强，有效成分结合力强，保留性高，有效使用寿命显著延长，且综合力学性能也显著改善，具有良好的推广应用前景。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种阻燃玻璃钢复合材料，包括外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层，横向强化层、纵向强化层为MCM/废玻璃钢复合树脂材料，外表层、横向强化层、纵向强化层、内衬层均含有阻燃成分。

其中，横向强化层包括若干水平阵列分布的加强筋，纵向强化层包括若干竖直阵列分布的加强筋，两者为相互垂直(或类似垂直，两者夹角为80-90°)的凸起的条棱状，在外表层与结构层间、内衬层与结构层间过渡连接，具有一定的挤压弹性，不仅有利于降低密度，且受力方向稳定性好，拉伸强度高。

优选的，外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物25-35份、复配树脂基10-13份、阻燃剂 0.4-1.3份、辅助添加剂1-3份。

优选的，结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物25-35份、复配树脂基6-8份、硼砂0.2-0.5份、辅助添加剂1-3份。

优选的，MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分： MCM/废玻璃钢25-30份、复配树脂基3-7份、阻燃剂0.6-0.9份、辅助添加剂0.5-2.5份。

优选的，MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为8-12wt％，废玻璃缸占比为88-92wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

优选的，含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为0.5-2wt％，坡缕石纤维占比为15-30wt％，玻璃纤维余量，织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

优选的，复配树脂基包括不饱和聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，四者质量比为 0-1:0.5-1.5:0-0.5：0.3-0.8。

优选的，阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比大于等于60％，且有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5的氧化锆、硼酸锌组合物。

优选的，辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

优选的，阻燃玻璃钢复合材料，生产步骤为：采用拉挤成型工艺分别将外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层制得相应的玻璃钢，然后依次叠放模压成型即得。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过合理的层状结构设计和原料选配，显著提高了纤维间的缠绕交联稳定度，空间构型稳定，对阻燃和强化填料的吸附结合性强，有效成分结合力强，保留性高，有效使用寿命显著延长，且综合力学性能也显著改善，具有良好的推广应用前景。

采用坡缕石和玻璃纤维复配，形成杂糅的纤维链，链间结合力强，同时采用磷酸锆进行负载内嵌，对纤维具有良好的强化效果，且磷酸锆作为层状化合物，除了与纤维间具有良好的粘结性，同时也具有一定的离子吸附性，对阻燃成分具有良好的协作配合效果，提高了有效成分的保留性。采用复配树脂基浸渍粘结，层间相容效果好，成型结合快速均匀，且具有良好的耐热导热性，成型过程中，传递效果好，提高了成型率和质量的恒定性，综合力学性能高。

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。基于本发明的实施例，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。

本发明方案提出了一种阻燃玻璃钢复合材料，包括外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层，横向强化层、纵向强化层为 MCM/废玻璃钢复合树脂材料，外表层、横向强化层、纵向强化层、内衬层均含有阻燃成分。

阻燃玻璃钢复合材料，生产步骤为：采用拉挤成型工艺分别将外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层制得相应的玻璃钢，然后依次叠放模压成型即得。

在上述内容基础上结合具体实施例数据进行描述如下：

实施例1：

外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物30份、复配树脂基12份、阻燃剂0.8份、辅助添加剂2份；

结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物30份、复配树脂基6份、硼砂0.4份、辅助添加剂3份；

MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分：MCM/废玻璃钢30份、复配树脂基7份、阻燃剂0.6份、辅助添加剂2.5份。

其中：

MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为10wt％，废玻璃钢 占比为90wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为1.6wt％，坡缕石纤维占比为22wt％，玻璃纤维余量，织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

复配树脂基包括不饱和聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、苯乙烯 -马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，四者质量比为1:1:0.3：0.8。

阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比为 60％，且有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5 的氧化锆、硼酸锌组合物。

辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

实施例2：

外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物35份、复配树脂基12份、阻燃剂1.3份、辅助添加剂3份；

结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物30份、复配树脂基7份、硼砂0.5份、辅助添加剂3份；

MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分：MCM/废玻璃钢25份、复配树脂基5份、阻燃剂0.6份、辅助添加剂1份。

其中：

MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为8wt％，废玻璃钢 占比为 92wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为1wt％，坡缕石纤维占比为20wt％，玻璃纤维余量，织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

复配树脂基包括不饱和聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、苯乙烯 -马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，四者质量比为1:1.5:0.5：0.5。

阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比为 60％，且有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5 的氧化锆、硼酸锌组合物。

辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

实施例3：

外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物35份、复配树脂基10份、阻燃剂0.7份、辅助添加剂1份；

结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物30份、复配树脂基7份、硼砂0.2份、辅助添加剂1.5份；

MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分：MCM/废玻璃钢25份、复配树脂基3份、阻燃剂0.7份、辅助添加剂0.5份。

其中：

MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为12wt％，废玻璃钢 占比为88wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为2wt％，坡缕石纤维占比为22wt％，玻璃纤维余量，织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

复配树脂基包括不饱和聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、苯乙烯 -马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，四者质量比为1:1:0.3：0.3。

阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比 60％，且有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5 的氧化锆、硼酸锌组合物。

辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

实施例4：

外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物35份、复配树脂基13份、阻燃剂1份、辅助添加剂2.5份；

结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物35份、复配树脂基8份、硼砂0.4份、辅助添加剂3份；

MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分：MCM/废玻璃钢25份、复配树脂基5份、阻燃剂0.7份、辅助添加剂1.5份。

其中：

MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为10wt％，废玻璃钢 占比为 90wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为0.5wt％，坡缕石纤维占比为15wt％，玻璃纤维余量，织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

复配树脂基包括不饱和聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、苯乙烯 -马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，四者质量比为0.5:1.5:0.5：0.5。

阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比 65％，且有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5 的氧化锆、硼酸锌组合物。

辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

实施例5：

外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物30份、复配树脂基12份、阻燃剂0.7份、辅助添加剂1.5份；

结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物30份、复配树脂基7份、硼砂0.2份、辅助添加剂33份；

MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分：MCM/废玻璃钢25份、复配树脂基7份、阻燃剂0.6份、辅助添加剂2份。

其中：

MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为8wt％，废玻璃钢 占比为 92wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为2wt％，坡缕石纤维占比为25wt％，玻璃纤维余量，织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

复配树脂基包括有机硅改性环氧树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，三者质量比为1:0.5：0.5。

阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比 62％，且有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5 的氧化锆、硼酸锌组合物。

辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

将本发明实施例制得的产品进行性能测试，数据如下：

对比例1：以实施例1为基础，用玻纤或其织物取代含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物(即外表层、结构层、内衬层材料不同)；

对比例2：以实施例1为基础，用废玻璃钢取代MCM/废玻璃钢，且不含复配树脂基(即横向强化层、纵向强化层材料不同)；

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 (7)

1.一种阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于：包括外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层，所述横向强化层、纵向强化层为MCM/废玻璃钢复合树脂材料，所述外表层、横向强化层、纵向强化层、内衬层均含有阻燃成分；

其中，所述外表层、内衬层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物25-35份、复配树脂基10-13份、阻燃剂0.4-1.3份、辅助添加剂1-3份；

所述结构层包括以下重量份数组分：含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物25-35份、复配树脂基6-8份、硼砂0.2-0.5份、辅助添加剂1-3份；

所述MCM/废玻璃钢复合树脂材料包括以下重量份数组分：MCM/废玻璃钢25-30份、复配树脂基3-7份、阻燃剂0.6-0.9份、辅助添加剂0.5-2.5份。

2.根据权利要求1所述的阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于：所述MCM/废玻璃钢中MCM材料占比为8-12wt％，废玻璃钢 占比为88-92wt％，制备时，先将废玻璃钢粉碎与MCM材料共混，然后热压成型成玻璃钢。

3.根据权利要求1所述的阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于：所述含磷酸锆的坡缕石/玻纤复合纤维或其织物中磷酸锆负载量占比为0.5-2wt％，坡缕石纤维占比为15-30wt％，玻璃纤维余量，所述织物选自但不限于织成的表面毡、短切毡、连续毡、缝编毡中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于：所述复配树脂基包括不饱和聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物、氨基二苯醚树脂，四者质量比为0-1:0.5-1.5:0-0.5：0.3-0.8。

5.根据权利要求1所述的阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于：所述阻燃剂采用有机/无机复合阻燃剂，其中有机阻燃剂质量占比大于等于60％，且所述有机阻燃剂采用磷系阻燃剂，无机阻燃剂采用质量比1:0.5的氧化锆、硼酸锌组合物。

6.根据权利要求1所述的阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于：所述辅助添加剂包括粉末填料、润湿剂、增塑剂、消泡剂、交联剂、固化剂。

7.根据权利要求2-6任一项所述的阻燃玻璃钢复合材料，其特征在于，生产步骤为：采用拉挤成型工艺分别将外表层、横向强化层、结构层、纵向强化层、内衬层制得相应的玻璃钢，然后依次叠放模压成型即得。