CN112679904A - 一种复合材料及其制作工艺和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料及其制作工艺和应用，一种复合材料，包括增强纤维68‑76份、玻璃纤维毡4‑7份、酚醛树脂9‑13份、固化促进剂0.2‑0.6份、三氧化二铁0.2‑0.6份、第一阻燃剂8‑11份、第二阻燃剂2‑5份、第三阻燃剂0.01‑2份和第四阻燃剂0‑2份，所述第一阻燃剂的粒径为15‑30μm，所述第二阻燃剂的粒径为8‑10μm，所述第三阻燃剂的粒径为3‑6μm，所述第四阻燃剂的粒径为1‑2μm。所述制作工艺包括步骤1制得混合树脂和步骤2采用拉挤成型工艺得到产品。所述产品用于生产地铁疏散平台。本发明制备的复合材料在热值和弯曲强度方面均能满足地铁疏散平台的使用要求。

Description

一种复合材料及其制作工艺和应用

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料及其制作工艺和应用。

背景技术

地铁疏散平台是设置在地铁隧道的一侧壁上，用于在地铁运行过程中遇到突发状况(如恐怖袭击、地震、火灾和输电系统故障等)时为乘客和工作人员逃生的应急通道。由于地铁疏散平台使用环境的特殊性，对用于地铁疏散平台的复合材料性能要求很高，尤其是热值(≤3.0MJ/Kg)和弯曲强度(≥280MPa)。在实际生产中，制备用于地铁疏散平台的复合材料若只满足热值或弯曲强度要求，则并不困难；若同时满足热值和弯曲强度要求，则较难实现。

目前，制备用于地铁疏散平台复合材料一般采用纤维增强树脂基复合材料，要使纤维增强树脂基复合材料满足热值和弯曲强度要求的方案如下：在树脂体系内加入大量的阻燃剂(如氢氧化铝、氢氧化镁等)，降低体系内的树脂含量，从而达到降低热值的目的。然而，该方案存在以下缺陷：(1)阻燃剂含量高，树脂体系粘度大，容易导致生产过程中堵模；(2)阻燃剂含量越高，材料强度越低，添加过量的阻燃剂，材料强度将低于280MPa。

综上所述，急需一种复合材料及其制作工艺和应用以解决现有技术中存在的热值和弯曲强度难以同时满足的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合材料及其制作工艺和应用，具体技术方案如下：

一种复合材料，包括以下质量份数的原料组分，增强纤维68-76份、玻璃纤维毡4-7份、酚醛树脂9-13份、固化促进剂0.2-0.6份、三氧化二铁0.2-0.6份、第一阻燃剂8-11份、第二阻燃剂2-5份、第三阻燃剂0.01-2份和第四阻燃剂0-2份，所述第一阻燃剂的粒径为15-30μm，所述第二阻燃剂的粒径为8-10μm，所述第三阻燃剂的粒径为3-6μm，所述第四阻燃剂的粒径为1-2μm。

优选的，所述第一阻燃剂、第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均包括氢氧化铝、氢氧化镁和碳酸镁中的至少一种。

优选的，所述增强纤维包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种。

一种所述复合材料的制作工艺，包括以下步骤：

步骤1、将酚醛树脂、固化促进剂、三氧化二铁、第一阻燃剂、第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂按所需配比混匀，制得混合树脂；

步骤2、采用拉挤成型工艺将增强纤维浸入混合树脂后再与玻璃纤维毡复合进入拉挤模具，出模后得到产品，在拉挤模具中的温度为160-250℃，拉挤速度为100-300mm/min。

优选的，在所述拉挤模具内沿增强纤维进入方向依次设置第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域，所述第一温控区域的温度为160-180℃，所述第二温控区域的温度为180-220℃，所述第三温控区域的温度为210-250℃。

优选的，所述步骤2中产品在拉挤模具中的固化时间为3-10min。

优选的，制备得到的产品的热值不大于3.0MJ/Kg，且弯曲强度不小于280MPa。

优选的，所述步骤1中的混合树脂混匀后盛放在浸胶槽中。

一种所述制作工艺制得的复合材料的应用，用于生产地铁疏散平台。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

在本发明所述复合材料中加入多种粒径大小不同的阻燃剂，利用粗细级配的原理使得粒径小的阻燃剂颗粒可以占据粒径大的阻燃剂颗粒间的空隙。一方面，加入的粒径小的阻燃剂，相当于增大的阻燃剂含量，但粒径小的阻燃剂占据的是粒径大的阻燃剂颗粒间的空隙，因此对产品的力学性能影响不大，产品弯曲强度能保持在280MPa以上；另一方面，原本主要由树脂占据的粒径大的阻燃剂颗粒间的空隙，被粒径小的阻燃剂占据后会导致树脂相对含量的降低，从而使产品的热值降低；再一方面，由于阻燃剂的密度比树脂密度大，粒径小的阻燃剂替代树脂不仅使树脂含量降低，同时也会使产品密度增大，也就是说单位体积的产品质量会提高，而疏散平台热值是指发热量与质量的比，当质量增大时，产品热值会降低，从而确保产品热值保持在3.0MJ/Kg以下。因此，本发明所述复合材料能够同时满足热值和弯曲强度要求。而现有的纤维增强树脂基复合材料中加入的阻燃剂粒径大小通常均是单一的，使得产品热值和弯曲强度难以同时满足。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照具体实施方式，对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种复合材料，包括以下质量份数的原料组分，增强纤维70份、玻璃纤维毡5份、酚醛树脂(优选山东圣泉的7300型号酚醛树脂)11份、固化促进剂(优选山东圣泉的7301型号固化促进剂)0.3份、三氧化二铁0.3份、第一阻燃剂10份、第二阻燃剂2.5份、第三阻燃剂0.6份和第四阻燃剂0.3份，所述第一阻燃剂的粒径为25μm，所述第二阻燃剂的粒径为10μm，所述第三阻燃剂的粒径为5μm，所述第四阻燃剂的粒径为2μm。

所述第一阻燃剂、第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均为氢氧化铝。

所述增强纤维为玻璃纤维。

一种复合材料的制作工艺，包括以下步骤：

步骤1、将酚醛树脂、固化促进剂、三氧化二铁、第一阻燃剂、第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂按所需配比混匀，制得混合树脂；

步骤2、采用拉挤成型工艺将增强纤维浸入混合树脂后再与玻璃纤维毡复合进入拉挤模具，出模后得到产品，在所述拉挤模具内沿增强纤维进入方向依次设置第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域，所述第一温控区域的温度为170℃，所述第二温控区域的温度为190℃，所述第三温控区域的温度为220℃，在所述拉挤模具内拉挤速度为150mm/min。

所述步骤2中产品在拉挤模具中的固化时间为3-10min。

所述步骤1中的混合树脂混匀后盛放在浸胶槽中。

所述的制作工艺制得的复合材料用于生产地铁疏散平台。

实施例2：

与实施例1不同的是，所述第一阻燃剂为氢氧化铝，第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均为氢氧化镁。

实施例3：

与实施例1不同的是，所述第一阻燃剂为氢氧化铝，第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均为碳酸镁。

实施例4：

与实施例1不同的是，所述第一阻燃剂为碳酸镁，第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均为氢氧化镁。

实施例5：

与实施例1不同的是，增强纤维71份、酚醛树脂9份、第一阻燃剂10.5份和第二阻燃剂3份。

实施例6：

与实施例1不同的是，增强纤维68份、酚醛树脂13份、固化促进剂0.4份和第三阻燃剂0.5份。

实施例7：

与实施例1不同的是，第三阻燃剂0.9份和第四阻燃剂零份。

实施例8：

与实施例1不同的是，第一阻燃剂10.3份、第二阻燃剂3份、第三阻燃剂0.1份和第四阻燃剂零份。

实施例9：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中第三温控区域的温度为210℃。

实施例10：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中第三温控区域的温度为250℃。

实施例11：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中的拉挤速度为100mm/min。

实施例12：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中的拉挤速度为300mm/min。

对比例1：

与实施例1不同的是，第一阻燃剂13.4份，第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均是零份。

对比例2：

与实施例1不同的是，第二阻燃剂13.4份，第一阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均是零份。

对比例3：

与实施例1不同的是，第三阻燃剂13.4份，第一阻燃剂、第二阻燃剂和第四阻燃剂均是零份。

对比例4：

与实施例1不同的是，增强纤维77份、玻璃纤维毡4份、酚醛树脂9份、第一阻燃剂7.5份、第二阻燃剂1.5份、第三阻燃剂0.3份和第四阻燃剂0.1份。

对比例5：

与实施例1不同的是，增强纤维67份、玻璃纤维毡6份和酚醛树脂13份。

对比例6：

与实施例1不同的是，酚醛树脂14份、第一阻燃剂8份和第二阻燃剂1.5份。

对比例7：

与实施例1不同的是，玻璃纤维毡6份、酚醛树脂8份、第一阻燃剂11份和第二阻燃剂3.5份。

对比例8：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中第三温控区域的温度为205℃。

对比例9：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中第三温控区域的温度为255℃。

对比例10：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中的拉挤速度为90mm/min。

对比例11：

与实施例1不同的是，在步骤2拉挤模具中的拉挤速度为310mm/min。

由实施例1-12和对比例1-11制备的复合材料，在热值和弯曲强度方面的数据详见表1。其中，热值数据采用GB/T 14402-2007标准测定，弯曲强度数据采用GB/T 1449-2005标准测定。

表1

由表1数据知，实施例1-12制备的复合材料在热值和弯曲强度方面均能满足地铁疏散平台的使用要求。与实施例1相比，对比例1添加单一的第一阻燃剂粒径为25μm，粒径大，相邻第一阻燃剂颗粒间的间隙大且无法得到粒径小的阻燃剂填充，进而无法保证产品弯曲强度能保持在280MPa以上。对比例2添加单一的第二阻燃剂粒径为10μm，粒径较大，相邻第二阻燃剂颗粒间的间隙较大且无法得到粒径小的阻燃剂填充，虽然弯曲强度高于对比例1，但是无法保证产品弯曲强度能保持在280MPa以上。而对比例1-2的热值与实施例1相同，是因为对比例1-2添加的第一阻燃剂、第二阻燃剂的质量份数均与实施例1添加的阻燃剂质量总份数相同，因此三者热值相同。与实施例1相比，对比例3添加单一的第三阻燃剂粒径为5μm，粒径小，使得树脂体系粘度过大，无法稳定连续生产，进而无法对产品做性能测试。故由实施例1及对比例1-3知，采用粗细级配的阻燃剂对制备在热值和弯曲强度方面符合要求的复合材料非常重要。

与实施例1相比，对比例4选用过多的增强纤维会导致产品弯曲强度不达标，对比例5选用过少的增强纤维会导致产品热值不达标；对比例6选用过多的酚醛树脂会导致产品热值不达标，对比例7选用过少的酚醛树脂会导致产品弯曲强度不达标。

与实施例1相比，对比例8-11所使用的原料组分及含量均未发生改变，因此对比例8-11所制备产品的热值相对于实施例1均不变。与实施例9相比，对比例8中第三温控区域的温度太低，使得酚醛树脂固化反应变慢，导致产品固化程度不够，因此强度不达标。与实施例10相比，对比例9中第三温控区域的温度太高，使得酚醛树脂固化反应过快，快速固化容易导致复合材料局部温度急剧上升，容易形成缺陷，使产品变脆，造成产品弯曲强度不达标。与实施例11相比，对比例10拉挤速度降低了10mm/min，虽然产品弯曲强度达标，但大大降低生产效率，提高产品成本。与实施例12相比，对比例11中拉挤速度太快，产品固化不完全，导致其弯曲强度不达标。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料组分，增强纤维68-76份、玻璃纤维毡4-7份、酚醛树脂9-13份、固化促进剂0.2-0.6份、三氧化二铁0.2-0.6份、第一阻燃剂8-11份、第二阻燃剂2-5份、第三阻燃剂0.01-2份和第四阻燃剂0-2份，所述第一阻燃剂的粒径为15-30μm，所述第二阻燃剂的粒径为8-10μm，所述第三阻燃剂的粒径为3-6μm，所述第四阻燃剂的粒径为1-2μm。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述第一阻燃剂、第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂均包括氢氧化铝、氢氧化镁和碳酸镁中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增强纤维包括玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的复合材料的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将酚醛树脂、固化促进剂、三氧化二铁、第一阻燃剂、第二阻燃剂、第三阻燃剂和第四阻燃剂按所需配比混匀，制得混合树脂；

步骤2、采用拉挤成型工艺将增强纤维浸入混合树脂后再与玻璃纤维毡复合进入拉挤模具，出模后得到产品，在拉挤模具中的温度为160-250℃，拉挤速度为100-300mm/min。

5.根据权利要求4所述的制作工艺，其特征在于，在所述拉挤模具内沿增强纤维进入方向依次设置第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域，所述第一温控区域的温度为160-180℃，所述第二温控区域的温度为180-220℃，所述第三温控区域的温度为210-250℃。

6.根据权利要求5所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤2中产品在拉挤模具中的固化时间为3-10min。

7.根据权利要求5所述的制作工艺，其特征在于，制备得到的产品的热值不大于3.0MJ/Kg，且弯曲强度不小于280MPa。

8.根据权利要求5所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤1中的混合树脂混匀后盛放在浸胶槽中。

9.一种根据权利要求4-8任意一项所述的制作工艺制得的复合材料的应用，其特征在于，用于生产地铁疏散平台。