CN111500038B - 一种低密度smc片材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度SMC片材及其制备方法，一种低密度SMC片材原料包括重量比例为30～40份的改性不饱和聚酯树脂、15～20份的低收缩添加剂、5～10份的云母粉、25～35份的玻璃纤维、0.5～1份的增稠剂和5～10份的抗静电剂，所述改性不饱和聚酯树脂由不饱和链性聚酯与高比表面积改性蒙脱土制备而成，所述高比表面积改性蒙脱土由硅烷偶联剂对蒙脱土改性而成，一种低密度SMC片材的制备方法包括a)两步法生产不饱和链性聚酯；b)蒙脱土的改性；c)不饱和链性聚酯的改性；d)片材制备，所生产的SMC片材填料少，模压流动性好，制造成本低。

Description

一种低密度SMC片材及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及片状模塑料的技术领域，特别是一种低密度SMC片材及其制备方法的技术领域。
【背景技术】
SMC是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料，在二十世纪六十年代初首先出现在欧洲。在1965年左右，美、日相继发展了这种工艺，而我国于80年代末，引进了国外先进的SMC生产线和生产工艺。SMC具有优越的电气性能和耐腐蚀性能等优点，其机械性能可以与部分金属材料相媲美，因而广泛应用于运输车辆、建筑、电子和电气等行业中。
片状模塑料是一种由不饱和聚酯(UP)充分浸渍玻璃纤维而制成的片状混合料，具有强度高、易加工成型和密度低等特点，但由于不饱和聚酯与纤维界面的浸润性差，极易造成制品出现气泡、微孔现象。此外，由于玻璃纤维复合材料的高机械强度及优良的表面光洁度均通过在其内加载高含量填充料而得以实现，但这些填充料却增加了玻璃纤维复合材料的重量。因此，选择一种新型填料，在保证其刚度及强度的基础上，最大限度的降低材料重量已成为该领域研究的热点之一。目前，市场上低密度填料普遍采用低密度空心玻璃微珠(密度0.45-0.5g/cm3)，但玻璃珠微粒径大、抗碎弱，生产过程易压碎，模压成型制品强度下降；成型制品表面打磨后，易出现微孔等不良现象，同时因加入量大，从而又衍生出颗粒粉尘大和生产成本提高等问题。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种低密度SMC片材及其制备方法，所生产的SMC片材填料少，模压流动性好，制造成本低。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种低密度SMC片材，所述低密度SMC片材的原料包括重量比例为30～40份的改性不饱和聚酯树脂、15～20份的低收缩添加剂、5～10份的云母粉、25～35份的玻璃纤维、0.5～1份的增稠剂和5～10份的抗静电剂，所述改性不饱和聚酯树脂由不饱和链性聚酯与高比表面积改性蒙脱土制备而成，所述高比表面积改性蒙脱土由硅烷偶联剂对蒙脱土改性而成。
作为优选，所述低收缩添加剂为PVAC热塑性树脂。
作为优选，所述增稠剂为氧化镁。
作为优选，所述抗静电剂为氯化铵和氯化锂其中的一种或者两种的混合物。
作为优选，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂。
一种低密度SMC片材的制备方法，包括如下步骤：
a)两步法生产不饱和链性聚酯：称取重量比例为20～30份的苯酐、20～40份的二元醇和30～50份的去离子水，在升温至180～200℃后搅拌反应0.5～1h，随后降温至85～95℃，再加入10～20份的顺酐，搅拌反应1.5～2h，得到不饱和链性聚酯；
b)蒙脱土的改性：称取重量比例为80～90份的无水乙醇、5～10份的去离子水和2～3份的硅烷偶联剂，再调节PH至4.0～5.0，在室温下搅拌反应2～6h，接着加入4～8份的蒙脱土，在升温至60～70℃后搅拌反应20～30h，然后用无水乙醇清洗若干次，得到高比表面积改性蒙脱土，接着将1～3份所制得的高比表面积改性蒙脱土与50～60份的苯乙烯高速分散0.5～1h，得到改性蒙脱土悬浮液；
c)不饱和链性聚酯的改性：利用步骤b)中所制备的改性蒙脱土悬浮液对步骤a)中所制备的不饱和链性聚酯进行混合兑稀，得到改性不饱和聚酯树脂，其中改性蒙脱土悬浮液的重量为不饱和链性聚酯重量的3～6％。
d)片材制备：称取重量比例为30～40份的步骤c)中所制备的改性不饱和聚酯树脂、15～20份的低收缩添加剂、5～10份的云母粉、25～35份的玻璃纤维、0.5～1份的增稠剂和5～10份的抗静电剂，在均匀搅拌后，涂覆至可移除的前后薄膜上，通过捏压辊压制成片，再在50～70℃下熟化8～12h，得到低密度SMC片材成品。
作为优选，所述步骤b)中，高速分散时的搅拌转速为2000～3000r/min。
本发明的有益效果：
1)不饱和链性聚酯生产采用两步法生产工艺，将饱和酸酐和不饱和酸酐分开投料，使产品倾向于产生对称性高的嵌段聚合物，分子量比较均匀，反应速度加快但可控制，有利于用在SMC生产时的增稠稳定，减少聚酯分子组成结构的分散性和不合理排列，改善树脂性能；
2)选用乙烯基硅烷偶联剂作为蒙脱土与玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂的“桥梁”，利用Si—OH键与玻纤表面羟基形成缩合反应或氢键，使改性不饱和聚酯树脂与玻璃纤维具有良好粘接特性，解决蒙脱土造成体系与玻纤浸润不好的问题；
3)在不饱和链性聚酯中加入高比表面积改性蒙脱土，复合材料在模压成型时发生固化交联，根据聚合物原位插层反应原理，实现不饱和聚酯分子在纳米蒙脱土片层中聚合，导致蒙脱土层状有序结构被破坏，被剥离的片层无规分散在基体中，形成剥离型纳米复合材料，从而实现SMC片材的低密度；
4)加入热塑性饱和树脂PVAC，利用其受热膨胀以弥补树脂的收缩，解决在低含量填料下树脂收缩率大造成表面质量差的问题。
【具体实施方式】
实施例一：
a)两步法生产不饱和链性聚酯：称取重量比例为22份的苯酐、25份的二元醇和35份的去离子水，在升温至190℃后搅拌反应1h，随后降温至90℃，再加入12份的顺酐，搅拌反应2h，得到不饱和链性聚酯；
b)蒙脱土的改性：称取重量比例为85份的无水乙醇、8份的去离子水和2.5份的硅烷偶联剂，再调节PH至4.5，在室温下搅拌反应4h，接着加入6份的蒙脱土，在升温至65℃后搅拌反应24h，然后用无水乙醇清洗若干次，得到高比表面积改性蒙脱土，接着将2份所制得的高比表面积改性蒙脱土与55份的苯乙烯高速分散1h，得到改性蒙脱土悬浮液；
c)不饱和链性聚酯的改性：利用步骤b)中所制备的改性蒙脱土悬浮液对步骤a)中所制备的不饱和链性聚酯进行混合兑稀，得到改性不饱和聚酯树脂，其中改性蒙脱土悬浮液的重量为不饱和链性聚酯重量的5％。
d)片材制备：称取重量比例为32份的步骤c)中所制备的改性不饱和聚酯树脂、16份的低收缩添加剂、6份的云母粉、28份的玻璃纤维、0.6份的增稠剂和6份的抗静电剂，在均匀搅拌后，涂覆至可移除的前后薄膜上，通过捏压辊压制成片，再在60℃下熟化10h，得到低密度SMC片材成品。
实施例二：
a)两步法生产不饱和链性聚酯：称取重量比例为25份的苯酐、30份的二元醇和40份的去离子水，在升温至190℃后搅拌反应1h，随后降温至90℃，再加入15份的顺酐，搅拌反应2h，得到不饱和链性聚酯；
b)蒙脱土的改性：称取重量比例为85份的无水乙醇、8份的去离子水和2.5份的硅烷偶联剂，再调节PH至4.5，在室温下搅拌反应4h，接着加入6份的蒙脱土，在升温至65℃后搅拌反应24h，然后用无水乙醇清洗若干次，得到高比表面积改性蒙脱土，接着将2份所制得的高比表面积改性蒙脱土与55份的苯乙烯高速分散1h，得到改性蒙脱土悬浮液；
c)不饱和链性聚酯的改性：利用步骤b)中所制备的改性蒙脱土悬浮液对步骤a)中所制备的不饱和链性聚酯进行混合兑稀，得到改性不饱和聚酯树脂，其中改性蒙脱土悬浮液的重量为不饱和链性聚酯重量的5％。
d)片材制备：称取重量比例为35份的步骤c)中所制备的改性不饱和聚酯树脂、17.5份的低收缩添加剂、7.5份的云母粉、30份的玻璃纤维、0.7份的增稠剂和7.5份的抗静电剂，在均匀搅拌后，涂覆至可移除的前后薄膜上，通过捏压辊压制成片，再在60℃下熟化10h，得到低密度SMC片材成品。
实施例三：
a)两步法生产不饱和链性聚酯：称取重量比例为28份的苯酐、35份的二元醇和45份的去离子水，在升温至190℃后搅拌反应1h，随后降温至90℃，再加入18份的顺酐，搅拌反应2h，得到不饱和链性聚酯；
b)蒙脱土的改性：称取重量比例为85份的无水乙醇、8份的去离子水和2.5份的硅烷偶联剂，再调节PH至4.5，在室温下搅拌反应4h，接着加入6份的蒙脱土，在升温至65℃后搅拌反应24h，然后用无水乙醇清洗若干次，得到高比表面积改性蒙脱土，接着将2份所制得的高比表面积改性蒙脱土与55份的苯乙烯高速分散1h，得到改性蒙脱土悬浮液；
c)不饱和链性聚酯的改性：利用步骤b)中所制备的改性蒙脱土悬浮液对步骤a)中所制备的不饱和链性聚酯进行混合兑稀，得到改性不饱和聚酯树脂，其中改性蒙脱土悬浮液的重量为不饱和链性聚酯重量的5％。
d)片材制备：称取重量比例为38份的步骤c)中所制备的改性不饱和聚酯树脂、19份的低收缩添加剂、9份的云母粉、33份的玻璃纤维、0.8份的增稠剂和9份的抗静电剂，在均匀搅拌后，涂覆至可移除的前后薄膜上，通过捏压辊压制成片，再在60℃下熟化10h，得到低密度SMC片材成品。
对实施例一至三的改性不饱和聚酯树脂和低密度SMC片材成品分别进行性能测试，结果如下：
表1改性不饱和聚酯树脂
表2低密度SMC片材
本发明利用高比表面积改性蒙脱土与不饱和链型聚酯大分子进行反应，制备了改性有机蒙脱土(SMMT)/不饱和聚酯树脂(UP)纳米复合模压树脂。该树脂生产的SMC片材填料少，模压流动性好，密度约1.4g/cm3，冲击强度可达81kJ/m2，弯曲强度175Mpa。并且，树脂糊可以基本不用国外报道的低密度填料空心玻璃微珠，所以制造成本低，生产过程中没有颗粒粉尘，不存在玻璃微珠压碎和制品打磨后出现微孔的问题，价格只有国外产品的2/3左右，具有较强的性价比优势。所制备的SMC片材若应用于汽车制造等领域，可以有效降低重量，改善里程油耗，而应用于要求质量轻、强度高的矿井安全帽中，还可有效防止静电产生的火花。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低密度SMC片材，其特征在于：所述低密度SMC片材的原料包括重量比例为30～40份的改性不饱和聚酯树脂、15～20份的低收缩添加剂、5～10份的云母粉、25～35份的玻璃纤维、0.5～1份的增稠剂和5～10份的抗静电剂，所述改性不饱和聚酯树脂由不饱和链性聚酯与高比表面积改性蒙脱土制备而成，所述高比表面积改性蒙脱土由硅烷偶联剂对蒙脱土改性而成，不饱和链性聚酯生产采用两步法生产工艺以将饱和酸酐和不饱和酸酐分开投料，硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的一种低密度SMC片材，其特征在于：所述低收缩添加剂为PVAC热塑性树脂。
3.如权利要求1所述的一种低密度SMC片材，其特征在于：所述增稠剂为氧化镁。
4.如权利要求1所述的一种低密度SMC片材，其特征在于：所述抗静电剂为氯化铵和氯化锂其中的一种或者两种的混合物。
5.一种低密度SMC片材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a）两步法生产不饱和链性聚酯：称取重量比例为20～30份的苯酐、20～40份的二元醇和30～50份的去离子水，在升温至180～200℃后搅拌反应0.5～1h，随后降温至85～95℃，再加入10～20份的顺酐，搅拌反应1.5～2h，得到不饱和链性聚酯；
b）蒙脱土的改性：称取重量比例为80～90份的无水乙醇、5～10份的去离子水和2～3份的硅烷偶联剂，再调节PH至4.0～5.0，在室温下搅拌反应2～6h，接着加入4～8份的蒙脱土，在升温至60～70℃后搅拌反应20～30h，然后用无水乙醇清洗若干次，得到高比表面积改性蒙脱土，接着将1～3份所制得的高比表面积改性蒙脱土与50～60份的苯乙烯高速分散0.5～1h，得到改性蒙脱土悬浮液，硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；
c）不饱和链性聚酯的改性：利用步骤b)中所制备的改性蒙脱土悬浮液对步骤a)中所制备的不饱和链性聚酯进行混合兑稀，得到改性不饱和聚酯树脂，其中改性蒙脱土悬浮液的重量为不饱和链性聚酯重量的3～6%；
d）片材制备：称取重量比例为30～40份的步骤c)中所制备的改性不饱和聚酯树脂、15～20份的低收缩添加剂、5～10份的云母粉、25～35份的玻璃纤维、0.5～1份的增稠剂和5～10份的抗静电剂，在均匀搅拌后，涂覆至可移除的前后薄膜上，通过捏压辊压制成片，再在50～70℃下熟化8～12h，得到低密度SMC片材成品。
6.如权利要求5所述的一种低密度SMC片材的制备方法，其特征在于：所述步骤b)中，高速分散时的搅拌转速为2000～3000r/min。
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