CN113321901A - 一种树脂发泡复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及树脂复合材料技术领域，尤其为一种树脂发泡复合材料，包括环氧树脂、增强纤维、改性二氧化硅、发泡剂、扩链剂、固化剂、阻燃剂、增稠剂、增韧抗缩剂、导电剂、液体改性剂和有机溶剂，并且各成分按照重量比分别为：环氧树脂120～150份、增强纤维55～60份、改性二氧化硅40～45份、发泡剂12～15份、扩链剂8～10份、固化剂17～20份、阻燃剂16～19份、增稠剂7～12份、增韧抗缩剂22～25份、导电剂16～20份、液体改性剂8～10份以及有机溶剂185～200份，本发明可以有效的解决目前现有的树脂发泡复合材料具有质量轻、稳定性好、柔韧性较好的特点，但现有的树脂发泡复合材料的结构强度较低，力学性能差，从而导致其适用范围受到限制的问题。
Description
技术领域
本发明涉及树脂复合材料技术领域，具体为一种树脂发泡复合材料。
背景技术
树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。广义上的定义，可以作为塑料制品加工原料的任何高分子化合物都称为树脂。
目前现有的树脂发泡复合材料具有质量轻、稳定性好、柔韧性较好的特点，但现有的树脂发泡复合材料的结构强度较低，力学性能差，从而导致其适用范围受到限制。
综上所述，本发明通过设计一种树脂发泡复合材料来解决存在的问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种树脂发泡复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种树脂发泡复合材料，包括环氧树脂、增强纤维、改性二氧化硅、发泡剂、扩链剂、固化剂、阻燃剂、增稠剂、增韧抗缩剂、导电剂、液体改性剂和有机溶剂，并且各成分按照重量比分别为：环氧树脂120～150份、增强纤维55～60份、改性二氧化硅40～45份、发泡剂12～15份、扩链剂8～10份、固化剂17～20份、阻燃剂16～19份、增稠剂7～12份、增韧抗缩剂22～25份、导电剂16～20份、液体改性剂8～10份以及有机溶剂185～200份。
作为本发明优选的方案，所述树脂发泡复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1，将环氧树脂送入真空干燥箱中，在95℃～100℃的温度下真空干燥2.5h～3h，得到干燥后的环氧树脂，再将干燥好的环氧树脂送入加热箱中，烘烤4.5h～5h后取出，接着将环氧树脂与其他原料全部倒入搅拌釜中混合均匀成树脂糊，向树脂糊中滴入液体改性剂，混合均匀后加入到浸渍槽中，让纤维毡完全浸入浸渍槽内；
S2，将沉降的纤维毡在浸渍槽中进行浸渍，调节线速度一边浸渍，一边通过浸渍槽的第一旋转辊筒将浸渍纤维毡往前推进，并通过浸渍槽的第二旋转辊筒将浸渍纤维毡调节辊距，以调节浸渍料的克重；
S3，将预浸纤维毡通过烘道进行干燥，再将经过干燥的预浸纤维毡，送入切割机中根据要求切割成预浸料片，接着将经过切割的预浸料片铺到不锈钢板模具上；
S4，对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，辐照交联后放置5h～10h，再在200℃～215℃的温度下加热15min～20min后，送入热压机中进行加压加热发泡，发泡结束后，通冷水进行冷却定型，冷却定型完成后，将产品取出进行修边，从而得到树脂发泡复合材料。
作为本发明优选的方案，所述环氧树脂为酚醛型环氧树脂按，增强纤维为硫酸钙晶须，发泡剂为热塑性膨胀微珠，固化剂为过氧化苯甲酰叔丁酯，增韧抗缩剂为聚苯乙烯粉和聚丙烯粉按照质量比1∶1混合制成，增稠剂为氧化镁，扩链剂为三羟甲基丙烷，导电剂由炭黑、碳纤维以及中碱玻璃纤维按照质量比1∶1∶2混合制成，阻燃剂由三氧化二锑和硼酸锌按照质量比1.55～1.75：1混合制成，有机溶剂为丙酮。
作为本发明优选的方案，所述改性二氧化硅由粒径为85nm～95nm的氨基改性二氧化硅和粒径为40nm～48nm的氨基改性二氧化硅按照质量比为2∶1的比例混合制成，粒径为85nm～95nm的氨基改性二氧化硅表面的氨基含量为1.15mmol/g～1.2mmol/g，粒径为40nm～48nm的氨基改性二氧化硅的氨基含量为0.65mmol/g～0.7mmol/g。
作为本发明优选的方案，所述硫酸钙晶须的直径为40nm～45nm、长度为13μm～15μm，所述导电剂中炭黑的粒径为40nm～45nm、碳纤维和中碱玻璃纤维的单丝直径为35nm～38nm。
作为本发明优选的方案，所述S4中辐照剂量为45KGy～48KGy，热压机的压力为19MPa～21MPa、温度为210℃～220℃、时间为20min～35min，冷却水温度不高于18℃，冷却时间15min～20min。
作为本发明优选的方案，所述S3烘道温度为45℃～50℃。
作为本发明优选的方案，所述S1中液体改性剂为液体石蜡和硅油按照质量比为3∶2混合制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过设置在树脂发泡复合材料制造过程中加入两种粒径不同的氨基改性二氧化硅复合使用，较大粒径的氨基改性二氧化硅能够与增强纤维配合，在环氧树脂内部形成增强骨架，较小粒径的氨基改性二氧化硅能够填补环氧树脂中的孔隙，提高环氧树脂的密实度，从而提高环氧树脂的机械强度，氨基改性二氧化硅的表面含有大量的氨基官能团，能够与环氧树脂分子链上的官能团发生反应，使氨基改性二氧化硅与环氧树脂之间以化学键的形成连接，从而提高氨基改性二氧化硅与环氧树脂之间的结合力，且能够均匀的分散在环氧树脂中，能够进一步提高环氧树脂体系的强度，同时在制造过程中，对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，经过电子辐射照射后，能够增加环氧树脂分子链间的缠绕和相互作用，从而提高环氧树脂分子链的交联度，使环氧树脂分子链之间的连接更加紧密，从而提高树脂发泡复合材料的力学性能，在改性二氧化硅和电子辐照交联改性相互作用下，能够有效提高树脂发泡复合材料的力学性能和结构强度。
2、本发明中，通过设置在树脂发泡复合材料制造过程中加入导电剂，导电剂中的碱玻璃纤维具有良好的导电性，能够在树脂发泡复合材料内部形成导电通路，同时炭黑和碳纤维具有较高的导电性能，从而提高树脂发泡复合材料的导电性能。
3、本发明中，通过设置在树脂发泡复合材料制造过程中进入液体改性剂，液体石蜡和硅油混合制成的液体改性剂能够提高制备所得的树脂发泡复合材料的导热性和加工性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明提供一种技术方案：
一种树脂发泡复合材料，包括环氧树脂、增强纤维、改性二氧化硅、发泡剂、扩链剂、固化剂、阻燃剂、增稠剂、增韧抗缩剂、导电剂、液体改性剂和有机溶剂，并且各成分按照重量比分别为：环氧树脂120～150份、增强纤维55～60份、改性二氧化硅40～45份、发泡剂12～15份、扩链剂8～10份、固化剂17～20份、阻燃剂16～19份、增稠剂7～12份、增韧抗缩剂22～25份、导电剂16～20份、液体改性剂8～10份以及有机溶剂185～200份。
进一步的，所述树脂发泡复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1，将环氧树脂送入真空干燥箱中，在95℃～100℃的温度下真空干燥2.5h～3h，得到干燥后的环氧树脂，再将干燥好的环氧树脂送入加热箱中，烘烤4.5h～5h后取出，接着将环氧树脂与其他原料全部倒入搅拌釜中混合均匀成树脂糊，向树脂糊中滴入液体改性剂，混合均匀后加入到浸渍槽中，让纤维毡完全浸入浸渍槽内；
S2，将沉降的纤维毡在浸渍槽中进行浸渍，调节线速度一边浸渍，一边通过浸渍槽的第一旋转辊筒将浸渍纤维毡往前推进，并通过浸渍槽的第二旋转辊筒将浸渍纤维毡调节辊距，以调节浸渍料的克重；
S3，将预浸纤维毡通过烘道进行干燥，再将经过干燥的预浸纤维毡，送入切割机中根据要求切割成预浸料片，接着将经过切割的预浸料片铺到不锈钢板模具上；
S4，对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，辐照交联后放置5h～10h，再在200℃～215℃的温度下加热15min～20min后，送入热压机中进行加压加热发泡，发泡结束后，通冷水进行冷却定型，冷却定型完成后，将产品取出进行修边，从而得到树脂发泡复合材料。
进一步的，所述环氧树脂为酚醛型环氧树脂按，增强纤维为硫酸钙晶须，发泡剂为热塑性膨胀微珠，固化剂为过氧化苯甲酰叔丁酯，增韧抗缩剂为聚苯乙烯粉和聚丙烯粉按照质量比1∶1混合制成，增稠剂为氧化镁，扩链剂为三羟甲基丙烷，导电剂由炭黑、碳纤维以及中碱玻璃纤维按照质量比1∶1∶2混合制成，阻燃剂由三氧化二锑和硼酸锌按照质量比1.55～1.75：1混合制成，有机溶剂为丙酮。
进一步的，所述改性二氧化硅由粒径为85nm～95nm的氨基改性二氧化硅和粒径为40nm～48nm的氨基改性二氧化硅按照质量比为2∶1的比例混合制成，粒径为85nm～95nm的氨基改性二氧化硅表面的氨基含量为1.15mmol/g～1.2mmol/g，粒径为40nm～48nm的氨基改性二氧化硅的氨基含量为0.65mmol/g～0.7mmol/g。
进一步的，所述硫酸钙晶须的直径为40nm～45nm、长度为13μm～15μm，所述导电剂中炭黑的粒径为40nm～45nm、碳纤维和中碱玻璃纤维的单丝直径为35nm～38nm。
进一步的，所述S4中辐照剂量为45KGy～48KGy，热压机的压力为19MPa～21MPa、温度为210℃～220℃、时间为20min～35min，冷却水温度不高于18℃，冷却时间15min～20min。
进一步的，所述S3烘道温度为45℃～50℃。
进一步的，所述S1中液体改性剂为液体石蜡和硅油按照质量比为3∶2混合制成。
具体实施案例
实施案例1：
称取环氧树脂150份、增强纤维55份、改性二氧化硅40份、发泡剂12份、扩链剂8份、固化剂17份、阻燃剂16份、增稠剂7份、增韧抗缩剂22份、导电剂16份、液体改性剂8份以及有机溶剂200份，将称取的环氧树脂送入真空干燥箱中，在100℃的温度下真空干燥3h，得到干燥后的环氧树脂，再将干燥好的环氧树脂送入加热箱中，烘烤5h后取出，接着将环氧树脂与其他原料全部倒入搅拌釜中混合均匀成树脂糊，向树脂糊中滴入液体改性剂，混合均匀后加入到浸渍槽中，让纤维毡完全浸入浸渍槽内；
将沉降的纤维毡在浸渍槽中进行浸渍，调节线速度一边浸渍，一边通过浸渍槽的第一旋转辊筒将浸渍纤维毡往前推进，并通过浸渍槽的第二旋转辊筒将浸渍纤维毡调节辊距，以调节浸渍料的克重，将预浸纤维毡通过烘道进行干燥，烘道干燥温度为50℃，再将经过干燥的预浸纤维毡，送入切割机中根据要求切割成预浸料片，接着将经过切割的预浸料片铺到不锈钢板模具上；
对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，辐照剂量为45KGy，辐照交联后放置5h，再在200℃的温度下加热15min后，送入热压机中进行加压加热发泡，热压机的压力为19MPa、温度为210℃、时间为20min，发泡结束后，通冷水进行冷却定型，冷却水温度不高于18℃，冷却时间15min，冷却定型完成后，将产品取出进行修边，从而得到树脂发泡复合材料。
实施案例2：
称取环氧树脂150份、增强纤维57份、改性二氧化硅43份、发泡剂12份、扩链剂8份、固化剂17份、阻燃剂16份、增稠剂7份、增韧抗缩剂22份、导电剂18份、液体改性剂9份以及有机溶剂200份，将称取的环氧树脂送入真空干燥箱中，在100℃的温度下真空干燥3h，得到干燥后的环氧树脂，再将干燥好的环氧树脂送入加热箱中，烘烤5h后取出，接着将环氧树脂与其他原料全部倒入搅拌釜中混合均匀成树脂糊，向树脂糊中滴入液体改性剂，混合均匀后加入到浸渍槽中，让纤维毡完全浸入浸渍槽内；
将沉降的纤维毡在浸渍槽中进行浸渍，调节线速度一边浸渍，一边通过浸渍槽的第一旋转辊筒将浸渍纤维毡往前推进，并通过浸渍槽的第二旋转辊筒将浸渍纤维毡调节辊距，以调节浸渍料的克重，将预浸纤维毡通过烘道进行干燥，烘道干燥温度为50℃，再将经过干燥的预浸纤维毡，送入切割机中根据要求切割成预浸料片，接着将经过切割的预浸料片铺到不锈钢板模具上；
对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，辐照剂量为46.5KGy，辐照交联后放置5h，再在200℃的温度下加热15min后，送入热压机中进行加压加热发泡，热压机的压力为19MPa、温度为210℃、时间为20min，发泡结束后，通冷水进行冷却定型，冷却水温度不高于18℃，冷却时间15min，冷却定型完成后，将产品取出进行修边，从而得到树脂发泡复合材料。
实施案例3：
称取环氧树脂150份、增强纤维60份、改性二氧化硅45份、发泡剂12份、扩链剂8份、固化剂17份、阻燃剂16份、增稠剂7份、增韧抗缩剂22份、导电剂20份、液体改性剂10份以及有机溶剂200份，将称取的环氧树脂送入真空干燥箱中，在100℃的温度下真空干燥3h，得到干燥后的环氧树脂，再将干燥好的环氧树脂送入加热箱中，烘烤5h后取出，接着将环氧树脂与其他原料全部倒入搅拌釜中混合均匀成树脂糊，向树脂糊中滴入液体改性剂，混合均匀后加入到浸渍槽中，让纤维毡完全浸入浸渍槽内；
将沉降的纤维毡在浸渍槽中进行浸渍，调节线速度一边浸渍，一边通过浸渍槽的第一旋转辊筒将浸渍纤维毡往前推进，并通过浸渍槽的第二旋转辊筒将浸渍纤维毡调节辊距，以调节浸渍料的克重，将预浸纤维毡通过烘道进行干燥，烘道干燥温度为50℃，再将经过干燥的预浸纤维毡，送入切割机中根据要求切割成预浸料片，接着将经过切割的预浸料片铺到不锈钢板模具上；
对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，辐照剂量为48KGy，辐照交联后放置5h，再在200℃的温度下加热15min后，送入热压机中进行加压加热发泡，热压机的压力为19MPa、温度为210℃、时间为20min，发泡结束后，通冷水进行冷却定型，冷却水温度不高于18℃，冷却时间15min，冷却定型完成后，将产品取出进行修边，从而得到树脂发泡复合材料。
将上述实施案例1至实施案例3制造出的树脂发泡复合材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1树脂发泡复合材料性能测试结果表
从表1中可以看出，随着树脂发泡复合材料生产过程中加入的增强纤维、改性二氧化硅以及电子辐照的剂量增加，制造出的树脂发泡复合材料的结构强度和力学性能得到了较大的提高，同时随着导电剂和液体改性剂的增多，制造出的树脂发泡复合材料的导电性和导热系数也得到了较大的提升，从而可以有效增加树脂发泡复合材料的应用范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种树脂发泡复合材料，包括环氧树脂、增强纤维、改性二氧化硅、发泡剂、扩链剂、固化剂、阻燃剂、增稠剂、增韧抗缩剂、导电剂、液体改性剂和有机溶剂，并且各成分按照重量比分别为：环氧树脂120～150份、增强纤维55～60份、改性二氧化硅40～45份、发泡剂12～15份、扩链剂8～10份、固化剂17～20份、阻燃剂16～19份、增稠剂7～12份、增韧抗缩剂22～25份、导电剂16～20份、液体改性剂8～10份以及有机溶剂185～200份。
2.根据权利要求1所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述树脂发泡复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1，将环氧树脂送入真空干燥箱中，在95℃～100℃的温度下真空干燥2.5h～3h，得到干燥后的环氧树脂，再将干燥好的环氧树脂送入加热箱中，烘烤4.5h～5h后取出，接着将环氧树脂与其他原料全部倒入搅拌釜中混合均匀成树脂糊，向树脂糊中滴入液体改性剂，混合均匀后加入到浸渍槽中，让纤维毡完全浸入浸渍槽内；
S2，将沉降的纤维毡在浸渍槽中进行浸渍，调节线速度一边浸渍，一边通过浸渍槽的第一旋转辊筒将浸渍纤维毡往前推进，并通过浸渍槽的第二旋转辊筒将浸渍纤维毡调节辊距，以调节浸渍料的克重；
S3，将预浸纤维毡通过烘道进行干燥，再将经过干燥的预浸纤维毡，送入切割机中根据要求切割成预浸料片，接着将经过切割的预浸料片铺到不锈钢板模具上；
S4，对放有预浸料片的模具进行电子辐照交联改性，辐照交联后放置5h～10h，再在200℃～215℃的温度下加热15min～20min后，送入热压机中进行加压加热发泡，发泡结束后，通冷水进行冷却定型，冷却定型完成后，将产品取出进行修边，从而得到树脂发泡复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述环氧树脂为酚醛型环氧树脂按，增强纤维为硫酸钙晶须，发泡剂为热塑性膨胀微珠，固化剂为过氧化苯甲酰叔丁酯，增韧抗缩剂为聚苯乙烯粉和聚丙烯粉按照质量比1∶1混合制成，增稠剂为氧化镁，扩链剂为三羟甲基丙烷，导电剂由炭黑、碳纤维以及中碱玻璃纤维按照质量比1∶1∶2混合制成，阻燃剂由三氧化二锑和硼酸锌按照质量比1.55～1.75：1混合制成，有机溶剂为丙酮。
4.根据权利要求1所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述改性二氧化硅由粒径为85nm～95nm的氨基改性二氧化硅和粒径为40nm～48nm的氨基改性二氧化硅按照质量比为2∶1的比例混合制成，粒径为85nm～95nm的氨基改性二氧化硅表面的氨基含量为1.15mmol/g～1.2mmol/g，粒径为40nm～48nm的氨基改性二氧化硅的氨基含量为0.65mmol/g～0.7mmol/g。
5.根据权利要求3或4所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述硫酸钙晶须的直径为40nm～45nm、长度为13μm～15μm，所述导电剂中炭黑的粒径为40nm～45nm、碳纤维和中碱玻璃纤维的单丝直径为35nm～38nm。
6.根据权利要求2所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述S4中辐照剂量为45KGy～48KGy，热压机的压力为19MPa～21MPa、温度为210℃～220℃、时间为20min～35min，冷却水温度不高于18℃，冷却时间15min～20min。
7.根据权利要求2所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述S3烘道温度为45℃～50℃。
8.根据权利要求1所述的一种树脂发泡复合材料，其特征在于：所述液体改性剂为液体石蜡和硅油按照质量比为3∶2混合制成。
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