CN111944293A - 一种低密度发泡bmc材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度发泡BMC材料，其按重量计包括以下组分：60‑70份不饱和树脂、1‑2份热膨胀微球、0.5‑1份发泡剂、30‑40份低收缩添加剂、0.7‑1份阻聚剂、1‑2份润湿分散剂、3‑4.5份色浆、1‑1.5份增稠剂、1‑1.2份固化剂、4‑5份脱模剂、100‑120份氢氧化铝、50‑80份碳酸氢钙、20‑60份玻璃纤维。本发明有效降低了BMC制品密度，大大减少了材料成本，得到的BMC材料具有良好的力学性能，同时达到预期的低密度要求。

Description

一种低密度发泡BMC材料及其制备方法
技术领域
本发明属于化学复合材料领域，具体涉及BMC模塑料，特别是一种低密度发泡BMC材料及其制备方法。
背景技术
团状模塑料(Bulk Molding Compound，简称BMC)是由饱和聚酯树脂、有机添加剂、固化剂、粉状填料、增稠剂和短切玻璃纤维等组份混合而成的热固性复合材料。其成型压力和成型温度均较低，可减少对设备和模具的投资成本，适合加工构型复杂的大型构件。因其具有优良的电气性能，机械性能，耐热性，耐化学腐蚀性，可满足各种产品对性能的要求，应用范围相当广泛。
目前BMC材料大多采用添加中空玻璃微珠、碳纤维及其它轻质填料的方式进行降低BMC密度，这二种方法存在以下缺点：(1)中空玻璃微珠等轻质填料价格较贵，生产的BMC材料成本较高，限制了材料的使用范围；(2)中空玻璃微珠等轻质填料与不饱和聚酯树脂相容性很差，这些填料在不饱和树脂中很难分散，给BMC生产操作带来不便。因此，采用发泡的方式不仅使得BMC材料的密度得到不同程度的降低，也有效的控制了BMC材料的成本。
发明内容
本发明的一个目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种具有优异的力学性能、轻质的低密度发泡BMC材料。
本发明的另一个目的是提供上述BMC材料的制备方法。
为了实现以上发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种低密度发泡BMC材料，其按重量计包括以下组分：60-70份不饱和树脂、1-2份热膨胀微球、0.5-1份发泡剂、30-40份低收缩添加剂、0.7-1份阻聚剂、1-2份润湿分散剂、3-4.5份色浆、1-1.5份增稠剂、1-1.2份固化剂、4-5份脱模剂、100-120份氢氧化铝、50-80份碳酸氢钙、20-60份玻璃纤维。
进一步优选地，所述低密度发泡BMC材料，其按重量计包括以下组分：70份不饱和树脂、1.5份热膨胀微球、0.7份发泡剂、30份低收缩添加剂、0.9份阻聚剂、1份润湿分散剂、4.5份色浆、1份增稠剂、1.1份固化剂、4.5份脱模剂、120份氢氧化铝、50份碳酸氢钙、20份玻璃纤维。
优选地，所述不饱和树脂为邻苯型树脂、间苯新戊二醇树脂或其组合。
优选地，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
优选地，所述玻璃纤维是长度为3-6mm的无碱玻璃纤维。
优选地，所述固化剂为氧化苯甲酸叔丁酯。
优选地，所述阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)、对苯醌的(PBQ)或其组合。
优选地，所述脱模剂为硬脂酸锌。
优选地，所述氢氧化铝为粒径5-10微米的氢氧化铝。
优选地，所述增稠剂为25％含量(重量)的氧化镁粉(RA-150)溶于载体树脂中。
优选地，所述热膨胀微球为阿克苏-诺贝尔的EXPANCEL 951DU120。
优选地，所述发泡剂是偶氮二甲酰胺(AC)、4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)或其组合。更优选地，所述偶氮二甲酰胺(AC)为白色、15-20微米的偶氮二甲酰胺(AC)。
优选地，所述4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)为10-20微米的4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)。
另一方面，本发明还提供了所述低密度发泡BMC材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)向不饱和树脂依次加入热膨胀微球和发泡剂，混合均匀；
(2)依次加入低收缩添加剂、阻聚剂、润湿分散剂、色浆、增稠剂、固化剂，搅拌5-8分钟，得到分散好的树脂糊；
(3)将脱模剂、氢氧化铝、碳酸氢钙混合均匀，搅拌8-10分钟；
(4)将所述树脂糊逐步加入步骤(3)的混合物中，搅拌10-15分钟；
(5)加入玻璃纤维，搅拌10-15分钟，得到所述低密度发泡BMC材料。
本发明采用热膨胀微球，并以适当的比例复配使用AC和OBSH发泡剂，且不阻聚，能够随着不饱和树脂的聚合过程形成稳定气泡，均匀分散在不饱和树脂中，有效降低了BMC制品密度，大大减少了材料成本。通过调节AC和OBSH发泡剂的比例、阻聚剂和固化剂的用量，使得BMC材料发泡和固化同时进行，在不改变BMC性能的基础上，制备低密度BMC材料。得到的BMC材料具有较低的生产成本及良好的力学性能，同时达到预期的低密度要求。BMC材料制成的塑料产品在保证高结构强度的前提下其重量将大大的降低，材料成本显著减少。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，而非全部实施例。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。
若未特别说明，实施例中所用仪器或试剂均为本领域常规试剂或仪器，是可通过市场购买获得的常规产品。若未特别说明，文中涉及的具体实验操作均为本领域普通技术人员根据其掌握的公知常识或常规技术手段所能理解或知晓的，对此不再一一赘述。为简便起见，部分操作未详述操作的参数、步骤及所使用的仪器，应当理解，这些都是本领域技术人员所熟知并可重复再现的。
材料
邻苯型不饱和树脂：肇庆福田化学工业有限公司生产的LY-S29802树脂。
间苯新戊二醇树脂：肇庆福田化学工业有限公司生产的LY-S28802树脂。
低收缩添加剂：为购自台湾奇美实业股份有限公司的公司的质量浓度为35％的聚苯乙烯PG-33溶液。
固化剂：过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)，购自阿克苏-诺贝尔公司生产的TRIGONOXC。
热膨胀微球：为购自阿克苏-诺贝尔公司生产的EXPANCEL 951DU120。
发泡剂AC、OBSH：为购自韩国锦洋化工生产的发泡剂。偶氮二甲酰胺(AC)为白色、15-20微米的偶氮二甲酰胺(AC)。4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)为10-20微米的4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)。
玻璃纤维是长度为3-6mm的无碱玻璃纤维。
阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)、对苯醌的(PBQ)。
氢氧化铝为粒径5-10微米的氢氧化铝。
增稠剂为25％含量(重量)的氧化镁粉(RA-150)溶于载体树脂中。
测试方法
机械强度及收缩率测试参照标准《GB/T 23641-2009》；BMC制品收缩率测试参照标准《GB/T 15568》；BMC制品密度测试参照《GB/T 1463-2005》。
实施例1
一种低密度发泡BMC材料，按重量计原料组分如下：70份不饱和树脂LY-S29802、1份热膨胀微球、0.2份AC泡剂、0.2份OBSH发泡剂、30份低收缩添加剂、0.85份阻聚剂、1.2份润湿分散剂、4.5份色浆、1.5份增稠剂、1.1份固化剂、4.5份脱模剂、100份氢氧化铝、50份碳酸氢钙、60份6mm无碱玻璃纤维。
上述低密度发泡BMC材料的制备步骤如下：
(1)将热膨胀微球及发泡剂按配方比例加入到装有不饱和树脂的搅拌罐中在高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在1000rpm，搅拌8分钟；
(2)按照配方比例往搅拌罐中依次加入低收缩添加剂、阻聚剂、润湿分散剂、色浆、增稠剂、固化剂，并搅拌8分钟；
(3)将脱模剂、氢氧化铝、碳酸氢钙加入捏合机内，在转速为50rpm下搅拌10分钟；
(4)将步骤(2)中分散好的树脂糊逐步加入捏合机，继续搅拌15分钟；
(5)将称量好的6mm短切无碱玻璃纤维，在捏合机搅拌的状态下缓慢的加入到捏合机中，加料时间为3分钟；
(6)捏合机继续搅拌15分钟；将捏合好的BMC装入防苯乙烯挥发的包装袋保存，即完成低密度发泡BMC材料的制备。
经上述方法制备的BMC材料性能指标如下：
测试项目 单位 测试标准 数值
弯曲强度 MPa ISO178-2001E 105
冲击强度 KJ/m<sup>2</sup> ISO179-2000E 20
成品收缩率 ％ ISO2577-1984E 0.15
成品密度 g/cm<sup>3</sup> ISO1183-2004E 1.62
实施例2
一种低密度发泡BMC材料，按重量计原料组分如下：65份不饱和树脂LY-S29802、1.5份热膨胀微球、0.25份AC泡剂、0.25份OBSH发泡剂、35份低收缩添加剂、0.7份阻聚剂、1.5份润湿分散剂、4份色浆、1.5份增稠剂、1份固化剂、4份脱模剂、120份氢氧化铝、70份碳酸氢钙、55份6mm无碱玻璃纤维。
上述低密度发泡BMC材料的制备步骤如下：
(1)将预先处理好的热膨胀微球及发泡剂按配方比例加入到装有不饱和树脂的搅拌罐中在高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在1000rpm，搅拌5分钟；
(2)按照配方比例往搅拌罐中依次加入低收缩添加剂、阻聚剂、润湿分散剂、色浆、增稠剂、固化剂，并搅拌10分钟；
(3)将脱模剂、氢氧化铝、碳酸氢钙加入捏合机内，在转速为50rpm下搅拌10分钟；
(4)将步骤(2)中分散好的树脂糊逐步加入捏合机，继续搅拌15分钟；
(5)将称量好的6mm短切无碱玻璃纤维，在捏合机搅拌的状态下缓慢的加入到捏合机中，加料时间为3分钟；捏合机继续搅拌10分钟；
(6)将捏合好的BMC装入防苯乙烯挥发的包装袋保存，即完成低密度、发泡BMC材料的制备。
经上述方法制备的BMC材料性能指标如下：
测试项目 单位 测试标准 数值
弯曲强度 MPa ISO178-2001E 85
冲击强度 KJ/m<sup>2</sup> ISO179-2000E 16
成品收缩率 ％ ISO2577-1984E 0.15
成品密度 g/cm<sup>3</sup> ISO1183-2004E 1.60
实施例3
一种低密度发泡BMC材料，按重量计原料组分如下：70份不饱和树脂LY-S29802、1.5份热膨胀微球、0.35份AC泡剂、0.35份OBSH发泡剂、30份低收缩添加剂、0.9份阻聚剂、1份润湿分散剂、4.5份色浆、1份增稠剂、1.1份固化剂、4.5份脱模剂、120份氢氧化铝、50份碳酸氢钙、20份6mm无碱玻璃纤维。
上述低密度发泡BMC材料的制备步骤如下：
(1)将热膨胀微球及发泡剂按配方比例加入到装有不饱和树脂的搅拌罐中在高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在1000rpm，搅拌8分钟；
(2)按照配方比例往搅拌罐中依次加入低收缩添加剂、阻聚剂、润湿分散剂、色浆、增稠剂、固化剂，并搅拌8分钟；
(3)将脱模剂、氢氧化铝、碳酸氢钙加入捏合机内，在转速为50rpm下搅拌10分钟；
(4)将步骤(2)中分散好的树脂糊逐步加入捏合机，继续搅拌15分钟；
(5)将称量好的6mm短切无碱玻璃纤维，在捏合机搅拌的状态下缓慢的加入到捏合机中，加料时间为3分钟；
(6)捏合机继续搅拌15分钟；将捏合好的BMC装入防苯乙烯挥发的包装袋保存，即完成低密度发泡BMC材料的制备。
经上述方法制备的BMC材料性能指标如下：
测试项目 单位 测试标准 数值
弯曲强度 MPa ISO178-2001E 109
冲击强度 KJ/m<sup>2</sup> ISO179-2000E 22
成品收缩率 ％ ISO2577-1984E 0.13
成品密度 g/cm<sup>3</sup> ISO1183-2004E 1.59
实施例4
一种低密度发泡BMC材料，按重量计原料组分如下：60份不饱和树脂LY-S29802、2份热膨胀微球、0.5份AC泡剂、0.5份OBSH发泡剂、40份低收缩添加剂、1份阻聚剂、2份润湿分散剂、3份色浆、1份增稠剂、1.2份固化剂、5份脱模剂、120份氢氧化铝、80份碳酸氢钙、60份6mm无碱玻璃纤维。
上述低密度发泡BMC材料的制备步骤如下：
(1)将预先处理好的热膨胀微球及发泡剂按配方比例加入到装有不饱和树脂的搅拌罐中在高速剪切混合机中充分搅拌，转速控制在1000rpm，搅拌5分钟；
(2)按照配方比例往搅拌罐中依次加入低收缩添加剂、阻聚剂、润湿分散剂、色浆、增稠剂、固化剂，并搅拌10分钟；
(3)将脱模剂、氢氧化铝、碳酸氢钙加入捏合机内，在转速为50rpm下搅拌10分钟；
(4)将步骤(2)中分散好的树脂糊逐步加入捏合机，继续搅拌15分钟；
(5)将称量好的6mm短切无碱玻璃纤维，在捏合机搅拌的状态下缓慢的加入到捏合机中，加料时间为3分钟；捏合机继续搅拌10分钟；
(6)将捏合好的BMC装入防苯乙烯挥发的包装袋保存，即完成低密度、发泡BMC材料的制备。
经上述方法制备的BMC材料性能指标如下：
测试项目 单位 测试标准 数值
弯曲强度 MPa ISO178-2001E 85
冲击强度 KJ/m<sup>2</sup> ISO179-2000E 18
成品收缩率 ％ ISO2577-1984E 0.12
成品密度 g/cm<sup>3</sup> ISO1183-2004E 1.57

Claims (9)

1.一种低密度发泡BMC材料，其特征在于，按重量计包括以下组分：60-70份不饱和树脂、1-2份热膨胀微球、0.5-1份发泡剂、30-40份低收缩添加剂、0.7-1份阻聚剂、1-2份润湿分散剂、3-4.5份色浆、1-1.5份增稠剂、1-1.2份固化剂、4-5份脱模剂、100-120份氢氧化铝、50-80份碳酸氢钙、20-60份玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述不饱和树脂为邻苯型树脂、间苯新戊二醇树脂或其组合。
3.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述固化剂为氧化苯甲酸叔丁酯。
5.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲酚、对苯醌的或其组合。
6.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述脱模剂为硬脂酸锌。
7.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述增稠剂为25质量％的氧化镁粉溶于载体树脂中。
8.根据权利要求1所述的低密度发泡BMC材料，其特征在于，所述发泡剂是偶氮二甲酰胺、4,4-氧代双苯磺酰肼或其组合。
9.根据权利要求1至8任一项所述的低密度发泡BMC材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)向不饱和树脂依次加入热膨胀微球和发泡剂，混合均匀；
(2)依次加入低收缩添加剂、阻聚剂、润湿分散剂、色浆、增稠剂、固化剂，搅拌5-8分钟，得到分散好的树脂糊；
(3)将脱模剂、氢氧化铝、碳酸氢钙混合均匀，搅拌8-10分钟；
(4)将所述树脂糊逐步加入步骤(3)的混合物中，搅拌10-15分钟；
(5)加入玻璃纤维，搅拌10-15分钟，得到所述低密度发泡BMC材料。
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