CN111410829B - 一种耐老化玻璃钢材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐老化玻璃钢材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐老化玻璃钢材料，由下述重量份的原料制得：不饱和聚酯树脂100份、苯乙烯2‑8份、固化剂1‑3份、促进剂1‑3份、玻璃纤维80‑120份、伊利石功能粉体材料10‑40份、偶联剂一1‑3份、氧化锌1‑2份、石墨烯5‑6份。制备方法为将伊利石粉体酸洗后用水洗涤至中性，干燥，用偶联剂二改性制得伊利石功能粉体材料。伊利石功能粉体材料的添加与本发明其他原料复配能增加高分子链间的交联度，有效提高玻璃钢材料的耐老化性能和机械强度，本发明耐老化玻璃钢材料特别适用于船舶等海洋环境，其耐盐雾性、抗老化性和强度较普通玻璃钢材料显著提高。

Description

一种耐老化玻璃钢材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种耐老化玻璃钢材料及其制备方法。
背景技术
玻璃钢亦称作纤维强化塑料，是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、碳纤维或硼纤维等为增强材料，经过复合工艺而制成的复合材料。由于使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。材料质轻而硬，不导电，机械强度高，绝缘性好，回收利用少，热性能良好，耐腐蚀。玻璃钢的相对密度在1.2-2.0之间，只有碳钢的1/4-1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而且比强度可以和高级合金钢相比，可以代替钢材制造机器零件、储罐、管道、格栅、塔器等。
但是，玻璃钢是纤维增强塑料，存在塑料的共同缺陷，容易出现老化现象，在紫外线、机械应力、风沙雨雪、介质等作用下容易导致性能缺陷，尤其是在海洋环境中，长期遭受紫外线、海水、海洋、大气及海洋生物等影响产生的腐蚀，严重影响了玻璃钢制品的性能和使用寿命。
因此，研发一种性能优异，使用寿命长的耐老化玻璃钢材料及其制备方法是本领域人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耐老化玻璃钢材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐老化玻璃钢材料，由下述重量份的原料制得：不饱和聚酯树脂100份、苯乙烯2-8份、固化剂1-3份、促进剂1-3份、玻璃纤维80-120份、伊利石功能粉体材料10-40份、偶联剂一1-3份、氧化锌1-2份、石墨烯5-6份。
进一步，上述不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、乙烯基酯型不饱和聚酯树脂中的任一种或几种的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：选择上述不饱和聚酯树脂，可以令制品耐老化、耐腐蚀性增强，提高制品的强度。
进一步，上述固化剂为过氧化甲乙酮、乙二胺、过氧化苯甲酰中的任一种或几种的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：使玻璃钢体系固化成型，进一步提高制品的强度。
进一步，上述促进剂为环烷酸钴、N,N-二甲基苯胺中的任一种或两种的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：选择上述促进剂可以加快玻璃钢体系固化反应。
进一步，上述偶联剂一为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的任一种或几种的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：选择上述偶联剂能增加玻璃钢体系的交联度，提高玻璃钢制品的强度。
本发明还提供一种耐老化玻璃钢材料的制备方法，包括以下步骤：根据上述耐老化玻璃钢材料称取各原料，将不饱合聚酯树脂放入高速混料机中，加入苯乙烯进行第一次搅拌，再依次加入偶联剂一、伊利石功能粉体材料、固化剂、促进剂、氧化锌、石墨烯进行第二次搅拌，最后加入玻璃纤维进行第三次搅拌后制作成型。
进一步，上述高速混料机的搅拌速率是820-880r/min；上述第一次搅拌时间为20-40min；上述第二次搅拌时间为2h；上述第三次搅拌时间为30-60min。
采用上述进一步的有益效果是：以特定的搅拌速率和搅拌时间可以令玻璃钢体系各物料混合反应均匀、充分。
进一步，上述伊利石功能粉体材料的制备方法包括以下步骤：将伊利石粉体酸洗后用水洗涤至中性，干燥，加入偶联剂二搅拌后制得伊利石功能粉体材料。
采用上述进一步的有益效果是：酸洗伊利石除去杂质，经过偶联剂改性能增加粉体与体系中其它组分的互溶性，充分发挥粉体作用。
进一步，上述干燥至含水率小于1％。
采用上述进一步的有益效果是：粉体含水率过高，直接影响树脂固化与强度，使玻璃钢的整体性能下降。
进一步，上述酸洗所用酸的用量为伊利石粉体质量的10％-30％。
采用上述进一步的有益效果是：酸洗可有效除去粉体中的杂质，提高有效成分。
进一步，上述酸为硫酸、硝酸、盐酸中的任一种。
采用上述进一步的有益效果是：强酸与杂质反应充分，除杂更完全。
进一步，上述酸洗温度为90℃，酸洗时间为2-3h。
采用上述进一步的有益效果是：加热酸洗能加速反应，提高反应效率。
进一步，上述偶联剂二的用量为伊利石粉体质量的0.5％-2.0％，上述加入偶联剂二的搅拌温度为50℃，搅拌时间为2h，上述偶联剂二为硅烷偶联剂。
采用上述进一步的有益效果是：增大粉体与有机物有接触面积，提高伊利石粉体与树脂的相容性，提高反应效率。
进一步，上述偶联剂二为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH792中任一种或几种的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：硅烷偶联剂改性粉体能提高粉体在玻璃钢体系中在分散性，进而提高制品机械强度。
进一步，上述伊利石粉体的各组分质量分数为：SiO270-78％、Al2O312-18％、K2O4-9％，其他金属氧化物0.2-4％。
采用上述进一步的有益效果是：伊利石有效成分含量高，杂质少，品质稳定，应用效果最佳。
进一步，上述其他金属氧化物为下列金属的氧化物中的任一种或几种：钠、镁、钙、铁。
进一步，上述伊利石粉体的粒度为325-800目。
采用上述进一步的有益效果是：325-800目粉体在玻璃钢混合体系中分散性好，能充分发挥伊利石在作用。
本发明的有益效果是：伊利石功能粉体材料的添加与本发明其他原料复配能增加高分子链间的交联度，有效提高玻璃钢材料的耐老化性能和机械强度，本发明耐老化玻璃钢材料特别适用于船舶等海洋环境，其耐盐雾性、抗老化性和强度较普通材料显著提高。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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
制备伊利石功能粉体材料：将100克伊利石粉体用硫酸酸洗后用水洗涤至中性，伊利石粉体的各组分质量分数为：SiO272％、Al2O318％、K2O 6％，其他金属氧化物4％，伊利石粉体的粒度为325目，酸的用量为伊利石粉体质量的10％，酸洗温度为90℃，酸洗时间为2h，干燥至含水率小于1％，加入硅烷偶联剂KH550，硅烷偶联剂KH550的用量为伊利石粉体质量的0.5％，上述加入硅烷偶联剂KH550搅拌温度为50℃，搅拌时间为2h，搅拌后制得伊利石功能粉体材料。
制备耐老化玻璃钢材料：称取间苯型不饱和聚酯树脂199#树脂100克、苯乙烯2克、过氧化甲乙酮2克、环烷酸钴1克、玻璃纤维110克、伊利石功能粉体材料15克、硅烷偶联剂KH5701克、氧化锌1克、石墨烯5克；
将间苯型不饱和聚酯树脂放入高速混料机中，高速混料机的搅拌速率是820r/min，加入苯乙烯搅拌20min，再依次加入硅烷偶联剂、伊利石功能粉体材料、过氧化甲乙酮、环烷酸钴、氧化锌、石墨烯搅拌2h，最后加入玻璃纤维搅拌30min后制作成型。
实施例2
制备伊利石功能粉体材料：将伊利石粉体用硝酸酸洗后用水洗涤至中性，伊利石粉体的各组分质量分数为：SiO275％、Al2O314％、K2O 9％，其他金属氧化物2％，伊利石粉体的粒度为500目，酸的用量为伊利石粉体质量的20％，酸洗温度为90℃，酸洗时间为2.5h，干燥至含水率小于1％，加入硅烷偶联剂KH560，硅烷偶联剂KH560的用量为伊利石粉体质量的1.0％，上述加入硅烷偶联剂KH560的搅拌温度为50℃，搅拌时间为2h，搅拌后制得伊利石功能粉体材料。
制备耐老化玻璃钢材料：称取双酚A型不饱和聚酯树脂(197C#树脂)100克、苯乙烯4克、乙二胺2克、N,N-二甲基苯胺2克、玻璃纤维100克、伊利石功能粉体材料25克、钛酸酯偶联剂TMC-4012克、氧化锌1.5克、石墨烯5克；
将双酚A型不饱和聚酯树脂放入高速混料机中，高速混料机的搅拌速率是840r/min，加入苯乙烯搅拌30min，再依次加入钛酸酯偶联剂、伊利石功能粉体材料、乙二胺、环烷酸钴、氧化锌、石墨烯搅拌2h，最后加入玻璃纤维搅拌50min后制作成型。
实施例3
制备伊利石功能粉体材料：将伊利石粉体用硫酸、硝酸、盐酸酸洗后用水洗涤至中性，伊利石粉体的各组分质量分数为：SiO278％、Al2O316％、K2O 5.8％，其他金属氧化物0.2％，伊利石粉体的粒度为800目，酸的用量为伊利石粉体质量的30％，酸洗温度为90℃，酸洗时间为3h，干燥至含水率小于1％，加入硅烷偶联剂KH792，硅烷偶联剂KH792的用量为伊利石粉体质量的2.0％，上述加入硅烷偶联剂KH792的搅拌温度为50℃，搅拌时间为2h，搅拌后制得伊利石功能粉体材料。
制备耐老化玻璃钢材料：称取乙烯基酯型不饱和聚酯树脂W2-3#树脂100克、苯乙烯8克、过氧化苯甲酰3克、N,N-二甲基苯胺2克、玻璃纤维85克、伊利石功能粉体材料38克、锆酸酯偶联剂ZR8043克、氧化锌2克、石墨烯6克；
将乙烯基酯型不饱和聚酯树脂放入高速混料机中，高速混料机的搅拌速率是880r/min，加入苯乙烯搅拌40min，再依次加入锆酸酯偶联剂、伊利石功能粉体材料、过氧化苯甲酰；N,N-二甲基苯胺；氧化锌、石墨烯搅拌2h，最后加入玻璃纤维搅拌60min后制作成型。
实施例4
制备伊利石功能粉体材料：将伊利石粉体用硫酸、硝酸、盐酸酸洗后用水洗涤至中性，伊利石粉体的各组分质量分数为：SiO277％、Al2O315％、K2O 6％，钠镁钙铁等金属氧化物2％，伊利石粉体的粒度为800目，酸的用量为伊利石粉体质量的30％，酸洗温度为90℃，酸洗时间为3h，干燥至含水率小于1％，加入硅烷偶联剂KH570，硅烷偶联剂KH570的用量为伊利石粉体质量的2.0％，上述加入硅烷偶联剂KH570的搅拌温度为50℃，搅拌时间为2h，搅拌后制得伊利石功能粉体材料。
制备耐老化玻璃钢材料：称取乙烯基酯型不饱和聚酯树脂(3201#)100克、苯乙烯5克、过氧化苯甲酰1克、环烷酸钴3克、玻璃纤维120克、伊利石功能粉体材料35克、锆酸酯偶联剂ZR8053克、氧化锌2克、石墨烯6克；
将乙烯基酯型不饱和聚酯树脂放入高速混料机中，高速混料机的搅拌速率是860r/min，加入苯乙烯搅拌35min，再依次加入锆酸酯偶联剂、伊利石功能粉体材料、过氧化苯甲酰、环烷酸钴、氧化锌、石墨烯搅拌2h，最后加入玻璃纤维搅拌50min后制作成型。
对比例1
市面上常规的玻璃钢材料制备方法为：称取乙烯基酯型不饱和聚酯树脂(W2-3#树脂)100克、苯乙烯5克、过氧化苯甲酰2克、N,N-二甲基苯胺2克、玻璃纤维80克；
将乙烯基酯型不饱和聚酯树脂放入高速混料机中，高速混料机的搅拌速率是860r/min，加入苯乙烯搅拌35min，再依次加入过氧化苯甲酰、N,N-二甲基苯胺搅拌2h，最后加入玻璃纤维搅拌50min后制作成型。
将本发明实施例1-3制得的玻璃钢材料与对比例制得的玻璃钢材料的抗老化性能和强度进行比较，紫外光老化200h后强度、硬度变化如表1所示：
表1实施例1-3与对比例紫外光老化200h后性能对比表
Figure BDA0002465920850000071
Figure BDA0002465920850000081
将本发明实施例1-3制得的玻璃钢材料与对比例制得的玻璃钢材料在50℃、6％盐雾环境下试验60d，玻璃钢强度变化如表2所示：
表2实施例1-3与对比例在50℃、6％盐雾环境下试验60d后性能对比表
Figure BDA0002465920850000082
由表1和表2可以看出，本发明制得的玻璃钢材料的耐老化性和机械强度都有显著提高。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种耐老化玻璃钢材料，其特征在于，由下述重量份的原料制得：不饱和聚酯树脂100份、苯乙烯2-8份、固化剂1-3份、促进剂1-3份、玻璃纤维80-120份、伊利石功能粉体材料10-40份、偶联剂一1-3份、氧化锌1-2份、石墨烯5-6份；
所述伊利石功能粉体材料的制备方法包括以下步骤：将伊利石粉体酸洗后用水洗涤至中性，干燥，加入偶联剂二搅拌后制得伊利石功能粉体材料；
所述偶联剂二的用量为伊利石粉体质量的0.5％-2.0％，所述加入偶联剂二的搅拌温度为50℃，搅拌时间为2h，所述偶联剂二为硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述一种耐老化玻璃钢材料，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、乙烯基酯型不饱和聚酯树脂中的任一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述一种耐老化玻璃钢材料，其特征在于，所述固化剂为过氧化甲乙酮、乙二胺、过氧化苯甲酰中的任一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述一种耐老化玻璃钢材料，其特征在于，所述促进剂为环烷酸钴、N,N-二甲基苯胺中的任一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述一种耐老化玻璃钢材料，其特征在于，所述偶联剂一为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的任一种或几种的混合物。
6.一种耐老化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：根据权利要求1-5任一项所述的耐老化玻璃钢材料称取各原料，将不饱合聚酯树脂放入高速混料机中，加入苯乙烯进行第一次搅拌，再依次加入偶联剂一、伊利石功能粉体材料、固化剂、促进剂、氧化锌、石墨烯进行第二次搅拌，最后加入玻璃纤维进行第三次搅拌后制作成型。
7.根据权利要求6所述耐老化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于，所述高速混料机的搅拌速率是820-880r/min；所述第一次搅拌时间为20-40min；所述第二次搅拌时间为2h；所述第三次搅拌时间为30-60min。
8.根据权利要求1所述耐老化玻璃钢材料的制备方法，其特征在于，所述伊利石粉体的各组分质量分数为：SiO270-78％、Al2O312-18％、K2O 4-9％，其他金属氧化物0.2-4％。
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