CN113004656A - 一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,包括:一、采用硅烷偶联剂处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;二、向混合物中加入填料,超声分散处理;三、将超声分散处理后的混合物加入熔融的经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;四、铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液制备预制件;五、对预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料。采用本发明方法制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
Description
技术领域
本发明属于纤维增强复合材料技术领域,具体涉及一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强热固性树脂是指采用玻璃纤维作为增强材料,热固性树脂(包括环氧树脂、酚醛树脂、环氧树脂等)作为基体的纤维增强复合材料,因其比重小,比强度高等特点,广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、电路板、风电等领域。
环氧树脂是优良的热固性树脂。与目前大量应用的不饱和聚酯树脂相比,具有更优良的力学性能、电绝缘性、耐化学药品、耐热和粘合性能。玻璃纤维增强环氧树脂符合材料是应用较广的一种复合材料,其具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异等特点。如何进一步提高玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能,是本领域人员研究的重要方向。
目前,玻璃纤维/热固性树脂复合材料在高性能PCB基体和航空雷达罩等领域广泛应用。然而,随着电子、信息技术的迅速发展,未来的电子元器件的小型化、高速化已成为趋势,迫切要求电子材料具有更低的损耗,高性能透波复合材料如航空雷达天线罩等也需要损耗更低的材料。但现有的大部分树脂基体复合材料的介电常数和损耗值仍较高,不利于在上述领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法。该方法制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级六钛酸钾、纳米级硅酸盐、纳米级SiO2和纳米级Al2O3中的一种或几种;所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的10%~15%;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为微米级滑石粉、Si3N4晶须和SiC晶须中的一种或几种;
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入熔融的经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为1%~5%,填料的质量含量为1%~3%;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料。
上述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤一中所述搅拌的速率为5000rpm~7000rpm。
上述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤一中所述硅烷偶联剂为KH560。
上述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤三中所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560。
上述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤四中所述干燥的温度为90℃~100℃,时间为30min~60min。
上述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤五中所述模压的压力为1MPa~2MPa,温度为150℃~180℃,时间为4h~8h。
上述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤五中所述固化的温度为200℃~220℃,时间为1h~3h。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
本发明采用经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂,向树脂中加入纳米材料和填料,显著地提高了热固性树脂的力学性能。采用本发明方法制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
下面结合实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的玻璃纤维增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂KH560处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级六钛酸钾;所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的10%;所述搅拌的速率为5000rpm;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为微米级滑石粉;
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为1%,填料的质量含量为3%;所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;所述干燥的温度为90℃,时间为60min;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料;所述模压的压力为1MPa,温度为180℃,时间为4h;所述固化的温度为200℃,时间为1h。
本实施例制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
实施例2
本实施例的玻璃纤维增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂KH560处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级Al2O3;所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的15%;所述搅拌的速率为7000rpm;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为Si3N4晶须;
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为5%,填料的质量含量为1%;所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;所述干燥的温度为100℃,时间为30min;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料;所述模压的压力为2MPa,温度为150℃,时间为8h;所述固化的温度为220℃,时间为1h。
本实施例制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
实施例3
本实施例的玻璃纤维增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂KH560处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级硅酸盐、纳米级SiO2和纳米级Al2O3(质量比为1:1:1);所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的12%;所述搅拌的速率为6000rpm;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为微米级滑石粉和Si3N4晶须(质量比为2:1);
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为3%,填料的质量含量为2%;所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;所述干燥的温度为90℃~100℃,时间为30min~60min;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料;所述模压的压力为1.5MPa,温度为170℃,时间为6h;所述固化的温度为210℃,时间为2h。
本实施例制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
实施例4
本实施例的玻璃纤维增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂KH560处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级硅酸盐和纳米级SiO2(质量比为3:1);所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的12%;所述搅拌的速率为6000rpm;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为微米级滑石粉、Si3N4晶须和SiC晶须(质量比为2:1:2);
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为4%,填料的质量含量为1%;所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;所述干燥的温度为90℃~100℃,时间为30min~60min;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料;所述模压的压力为2MPa,温度为180℃,时间为8h;所述固化的温度为220℃,时间为1h。
本实施例制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
实施例5
本实施例的玻璃纤维增强复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂KH560处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级六钛酸钾、纳米级硅酸盐、纳米级SiO2和纳米级Al2O3(质量比为2:1:1:2);所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的12%;所述搅拌的速率为7000rpm;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为Si3N4晶须和SiC晶须(质量比为1:1);
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为2%,填料的质量含量为3%;所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;所述干燥的温度为90℃~100℃,时间为30min~60min;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料;所述模压的压力为1MPa,温度为150℃,时间为8h;所述固化的温度为200℃,时间为3h。
本实施例制备的玻璃纤维增强复合材料的弯曲强度为700MPa~900MPa,介电常数为3.3~3.5,拉伸强度达到500MPa~600MPa。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何限制,凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、采用硅烷偶联剂处理纳米材料,然后向处理后的纳米材料中加入有机溶剂,搅拌均匀,得到混合物;所述纳米材料为纳米级六钛酸钾、纳米级硅酸盐、纳米级SiO2和纳米级Al2O3中的一种或几种;所述有机溶剂为丙酮,有机溶剂的质量为纳米材料质量的10%~15%;
步骤二、向步骤一中所述混合物中加入填料,超声分散处理;所述填料为微米级滑石粉、Si3N4晶须和SiC晶须中的一种或几种;
步骤三、将步骤二中超声分散处理后的混合物加入熔融的经含环氧基的硅烷偶联剂处理后的环氧树脂中,搅拌均匀,得到浸渍液;所述浸渍液中纳米材料的质量含量为1%~5%,填料的质量含量为1%~3%;
步骤四、将步骤三中所述浸渍液均匀涂刷于一层双向编织连续玻璃纤维布上,然后在涂刷后的双向编织连续玻璃纤维布上铺设一层双向编织连续玻璃纤维布,再涂刷浸渍液,重复铺设双向编织连续玻璃纤维布和涂刷浸渍液直至所需厚度,干燥后得到预制件;
步骤五、对步骤四中所述预制件进行模压和固化,得到玻璃纤维增强复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤一中所述搅拌的速率为5000rpm~7000rpm。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤一中所述硅烷偶联剂为KH560。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤三中所述含环氧基的硅烷偶联剂为KH560。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤四中所述干燥的温度为90℃~100℃,时间为30min~60min。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤五中所述模压的压力为1MPa~2MPa,温度为150℃~180℃,时间为4h~8h。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强复合材料的制备方法,其特征在于,步骤五中所述固化的温度为200℃~220℃,时间为1h~3h。
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