CN113717498A - 一种用于帆船的玻璃钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃钢制备技术领域，具体涉及一种用于帆船的玻璃钢及其制备方法；所述玻璃钢由以下重量分原料组成：双酚A型环氧树脂80～100份、593环氧树脂固化剂60～75份、邻苯二甲酸二丁酯10～15份、聚芳砜酰胺纤维3～6份、玻璃纤维5～8份、硅油5～10份、功能填料7～10份、纳米粉体6～10份及二环氧丙烷乙基醚14～18份；本发明所制备的玻璃钢不仅具有一定的抗老化性能及抗菌性能，有效地延长了其使用寿命；而且，其本身还具有很好的力学性能及耐高温性能，有效地保证了玻璃钢的品质与质量。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃钢制备技术领域，具体涉及一种用于帆船的玻璃钢及其制备方法。
背景技术
玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料，是指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。玻璃钢具有质轻而硬、不导电、性能稳定、机械强度高、回收利用少、耐腐蚀等特性，可以代替钢材制造机器零件、汽车、船舶外壳等。
帆船是水上运动项目之一，帆船比赛是运动员驾驶帆船在规定的场地内比赛速度的一项运动。现代比赛用的帆船，其船体材料多为又轻又坚固的玻璃钢。
现有工艺制备的玻璃钢虽然具有力学性能好、质量轻盈及硬度高的优点。但是，其本身的抗老化性能及抗菌性能相对较差，且耐高温性能也有待提高。这无疑缩短了玻璃钢产品的使用寿命，也影响了其质量品级。
基于此，提供一种用于帆船的玻璃钢及其制备方法，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明的其中一个目的在于提供一种用于帆船的玻璃钢，其不仅具有一定的抗老化性能及抗菌性能，有效地延长了其使用寿命；而且，其本身还具有很好的力学性能及耐高温性能，有效地保证了玻璃钢的品质与质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于帆船的玻璃钢，由以下重量分原料组成：双酚A型环氧树脂80～100份、593环氧树脂固化剂60～75份、邻苯二甲酸二丁酯10～15份、聚芳砜酰胺纤维3～6份、玻璃纤维5～8份、硅油5～10份、功能填料7～10份、纳米粉体6～10份及二环氧丙烷乙基醚14～18份。
通过采用上述技术方案：本发明中以双酚A型环氧树脂、593环氧树脂固化剂、功能填料及纳米粉体等为原料，所制备的玻璃钢不仅具有很好的抗老化性能及抗菌性能，同时还具有一定的耐高温性能；有效地延长了其使用寿命；另外，聚芳砜酰胺纤维及玻璃纤维的使用，在一定程度上提高了玻璃钢的力学性能，有效地保证了玻璃钢的品质与质量。
本发明进一步设置为：所述功能填料的制备方法包括以下步骤：
一、将多孔无机材料及质量为其0.8～2.0%的硅烷偶联剂一同投入搅拌釜中，然后将搅拌釜温升至80～110℃，并以300～1000rpm的转速对搅拌釜内的混合组分搅拌30～40min；待搅拌完毕后，所得即为活化处理后的多孔无机材料；
二、按1：3～5的质量比，将上述活化处理后的多孔无机材料浸渍在适量的温度为50～60℃的浸渍液中，经超声乳化20～30min；然后向浸渍液中加入质量为多孔无机材料0.8～1.5%的引发剂，2h内将质量为多孔无机材料30～70%的2-甲基丙烯酸正丁酯滴加至浸渍液中，并在60～80℃的条件下保温反应6～10h；
三、待反应完毕后，反应所得产物依次经冷却出料、破乳、过滤、洗涤及真空干燥处理，所得固体物质即为功能添加剂成品。
通过采用上述技术方案：多孔无机材料经硅烷偶联剂活化处理后，再将之浸渍在浸渍液中，经超声乳化处理后多孔无机材料能均匀分散在浸渍液中，且在超声乳化的过程中，浸渍液中的异噻唑啉酮及十二烷基二甲基苄基溴化铵能均匀地分散在多孔无机材料的表面及其孔隙中；再引发剂的作用下2-甲基丙烯酸正丁酯与活化处理后的多孔无机材料发生接枝反应，有效地提高玻璃钢的抗菌及抗老化性能，也在一定程度上延长了其使用寿命。
本发明进一步设置为：所述多孔无机材料的制备方法包括以下步骤：
Ⅰ、按1：1.5～3.0的质量比，分别称取适量的甲基乙烯基聚硅氧烷及二甲基硅油；将两者投入反应釜中，然后向反应釜中补加适量的反应促进剂，超声混合均匀后，将反应釜抽真空；然后将反应釜中所得的混合组分取出，并在室温下陈化20～30h；
Ⅱ、以0.5～1℃/min的速率将上述陈化处理后的混合组分的温度升至150～220℃，并在此温度下保温静置2～5h；后经降温脱模处理得到固体样品；所得固体样品转入气氛炉中，在氩气的保护下，以1～2℃/min的速率将固体样品的温度升至200～250℃，并在此温度下保温静置3～5h；
Ⅲ、依次将上述步骤Ⅱ最终所得产物在300～400℃的温度下保温静置3～5h、400～550℃的温度下保温2～3h、550～700℃的温度下保温1～2h；最终所得固体物质即为多孔无机材料成品。
通过采用上述技术方案：本发明中先以甲基乙烯基聚硅氧烷及二甲基硅油为原料，两者在反应促进剂的作用下发生化学反应，而后经陈化及烧结处理后制备出比表面积较大的多孔无机材料；为后续功能填料的制备打下了基础。
本发明进一步设置为：所述反应促进剂选用二月桂酸二丁基锡或氯铂酸，且其加入量为甲基乙烯基聚硅氧烷质量的0.05～0.12%。
通过采用上述技术方案： 反应促进剂的使用能加速甲基乙烯基聚硅氧烷及二甲基硅油等原料之间的反应，提高多孔无机材料的制备效率。
本发明进一步设置为：所述硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
通过采用上述技术方案：硅烷偶联剂的使用能对多孔无机材料进行活化处理，使之能更易与2-甲基丙烯酸正丁酯发生化学反应。
本发明进一步设置为：所述浸渍液的制备方法为：向浓度为50～70%的乙醇水溶液中分别加入质量为其2.5～4.2%的烷基酚聚氧乙烯醚、1.8～3.2%的脂肪醇聚氧乙烯醚、5～8%的异噻唑啉酮及10～15%的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸；后经超声分散均匀后，所得即为浸渍液成品。
通过采用上述技术方案：浸渍液中的异噻唑啉酮及2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸均匀分散在多孔无机材料的表面及空隙中，有效地提高了其抗老化性能及抗菌性能；同时，异噻唑啉酮及2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸能与纳米粉体相互协同配合，进一步增强了所制备的玻璃钢的抗老化性能及抗菌性能。
本发明进一步设置为：所述引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾中的任意一种。
通过采用上述技术方案：引发剂的使用能诱导2-甲基丙烯酸正丁酯与活化处理后的多孔无机材料表面的相关基团发生化学反应，保证功能填料的成功制备。
本发明进一步设置为：所述纳米粉体由纳米二氧化钛及纳米氧化锌按1：1.0～1.5的质量比混合制备而成。
通过采用上述技术方案：纳米粉体与浸渍液中的异噻唑啉酮及2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸相互协同、相互配合不仅能有效地提高所制备的玻璃钢的抗菌性能，也能在一定程度上改善其抗老化性能，延长其使用寿命。
本发明的另一个目的在于提供一种用于帆船的玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：准确称取上述各原料，并对相应的模具进行清理、组装及涂抹硅油处理；然后采用手糊法依次经过涂胶衣树脂、裁切玻璃织物、配胶、糊制、室温固化、脱模、按切割线去毛、封边、熟化及喷漆处理；最终制得用于帆船的玻璃钢成品。
通过采用上述技术方案：通过本发明所制备的玻璃钢不仅具有很好的力学性能，同时其还具有很好的抗菌性能及抗老化性能，有效地保证了所制备的玻璃钢的品质与质量。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明中先以甲基乙烯基聚硅氧烷及二甲基硅油为原料，两者在反应促进剂的作用下发生化学反应，而后经陈化及烧结处理后制备出比表面积较大的多孔无机材料；所制备的多孔无机材料经硅烷偶联剂活化处理后，再将之浸渍在浸渍液中，经超声乳化处理后多孔无机材料能均匀分散在浸渍液中，且在超声乳化的过程中，浸渍液中的异噻唑啉酮及十二烷基二甲基苄基溴化铵能均匀地分散在多孔无机材料的表面及其孔隙中；
然后在引发剂的作用下使得2-甲基丙烯酸正丁酯能与活化处理后的多孔无机材料发生接枝反应，使得2-甲基丙烯酸正丁酯通过化学键与多孔无机材料相连接，在多孔无机材料的表面及空隙中形成三维网络结构，实现对滞留在多孔无机材料表面及其空隙中的异噻唑啉酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸的固定；其与纳米粉体之间协同配合，有效地提高了功能填料的抗菌性能及抗老化性能；所制备的功能填料用作玻璃钢的原料，能有效地提高玻璃钢的抗菌及抗老化性能，也在一定程度上延长了其使用寿命。
2、本发明中以所制备的功能填料本身为多孔结构，同时其表面还具有一层三维网络结构，其用作制备玻璃钢的原料，在一定程度上改善了玻璃钢的耐高温性能；而聚芳砜酰胺纤维及玻璃纤维的使用，在一定程度上提高了玻璃钢的力学性能，有效地保证了玻璃钢的品质与质量。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种用于帆船的玻璃钢，由以下重量分原料组成：双酚A型环氧树脂80份、593环氧树脂固化剂60份、邻苯二甲酸二丁酯10份、聚芳砜酰胺纤维3份、玻璃纤维5份、硅油5份、功能填料7份、纳米粉体6份及二环氧丙烷乙基醚14份。
功能填料的制备方法包括以下步骤：
一、将多孔无机材料及质量为其0.8%的硅烷偶联剂一同投入搅拌釜中，然后将搅拌釜温升至80℃，并以300rpm的转速对搅拌釜内的混合组分搅拌30min；待搅拌完毕后，所得即为活化处理后的多孔无机材料；
二、按1：3的质量比，将上述活化处理后的多孔无机材料浸渍在适量的温度为50℃的浸渍液中，经超声乳化20min；然后向浸渍液中加入质量为多孔无机材料0.8%的引发剂，2h内将质量为多孔无机材料30%的2-甲基丙烯酸正丁酯滴加至浸渍液中，并在60℃的条件下保温反应10h；
三、待反应完毕后，反应所得产物依次经冷却出料、破乳、过滤、洗涤及真空干燥处理，所得固体物质即为功能添加剂成品。
多孔无机材料的制备方法包括以下步骤：
Ⅰ、按1：1.5的质量比，分别称取适量的甲基乙烯基聚硅氧烷及二甲基硅油；将两者投入反应釜中，然后向反应釜中补加适量的反应促进剂，超声混合均匀后，将反应釜抽真空；然后将反应釜中所得的混合组分取出，并在室温下陈化20h；
Ⅱ、以0.5℃/min的速率将上述陈化处理后的混合组分的温度升至150℃，并在此温度下保温静置2h；后经降温脱模处理得到固体样品；所得固体样品转入气氛炉中，在氩气的保护下，以1℃/min的速率将固体样品的温度升至200℃，并在此温度下保温静置5h；
Ⅲ、依次将上述步骤Ⅱ最终所得产物在300℃的温度下保温静置5h、400℃的温度下保温3h、700℃的温度下保温1h；最终所得固体物质即为多孔无机材料成品。
反应促进剂选用二月桂酸二丁基锡，且其加入量为甲基乙烯基聚硅氧烷质量的0.05%。
硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
浸渍液的制备方法为：向浓度为50%的乙醇水溶液中分别加入质量为其2.5%的烷基酚聚氧乙烯醚、1.8%的脂肪醇聚氧乙烯醚、5%的异噻唑啉酮及10%的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸；后经超声分散均匀后，所得即为浸渍液成品。
引发剂选用过硫酸铵。
纳米粉体由纳米二氧化钛及纳米氧化锌等质量混合制备而成。
一种用于帆船的玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：准确称取上述各原料，并对相应的模具进行清理、组装及涂抹硅油处理；然后采用手糊法依次经过涂胶衣树脂、裁切玻璃织物、配胶、糊制、室温固化、脱模、按切割线去毛、封边、熟化及喷漆处理；最终制得用于帆船的玻璃钢成品。
实施例2
用于帆船的玻璃钢的制备方法与实施例1相似，不同的是其所用原料的配比不同；具体为：双酚A型环氧树脂90份、593环氧树脂固化剂70份、邻苯二甲酸二丁酯12份、聚芳砜酰胺纤维5份、玻璃纤维6份、硅油8份、功能填料9份、纳米粉体8份及二环氧丙烷乙基醚16份；
纳米粉体由纳米二氧化钛及纳米氧化锌按1：1.2的质量比混合制备而成。
实施例3
用于帆船的玻璃钢的制备方法与实施例1相似，不同的是其所用原料的配比不同；具体为：双酚A型环氧树脂100份、593环氧树脂固化剂75份、邻苯二甲酸二丁酯15份、聚芳砜酰胺纤维6份、玻璃纤维8份、硅油10份、功能填料10份、纳米粉体10份及二环氧丙烷乙基醚18份；
纳米粉体由纳米二氧化钛及纳米氧化锌按1：1.5的质量比混合制备而成。
对比例1：通过本发明中实施例1提供的制备方法制备的用于帆船的玻璃钢，不同之处在于：其原料中不含功能填料；
对比例2：通过本发明中实施例1提供的制备方法制备出的用于帆船的玻璃钢，不同之处在于其原料中不含聚芳砜酰胺纤维；
对比例3：通过本发明中实施例1提供的制备方法制备出的用于帆船的玻璃钢，不同之处在于其原料中不含玻璃纤维；
性能测试
分别将通过本发明中实施例1～3制备的玻璃钢记作实验例1～3；通过对比例1～3制备的玻璃钢记作对比例1～3；然后分别选择实验例1～3和对比例1～3制备的玻璃钢各一份，对其各性能进行测试，所得数据记录于下表：
表 1
注：1、拉伸强度依据GB/T 1447-2005标准进行检测；
2、弯曲强度依据GB/T 9341-2000标准进行检测；
3、冲击强度依据GB/T 1843-2008标准进行检测；
4、热变形温度依据GB/T 5989-2008标准进行检测；
5、抗老化性能依据GB/T 16422.21999标准进行检测；
6、抗菌率依据GB/T 21866-2008标准进行检测；
由上表中的相关数据可知，本发明所制备的玻璃钢不仅具有一定的抗老化性能及抗菌性能，有效地延长了其使用寿命；而且，其本身还具有很好的力学性能及耐高温性能，有效地保证了玻璃钢的品质与质量。由此表明本发明制备的用于帆船的玻璃钢具有更广阔的市场前景，更适宜推广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于，由以下重量分原料组成：双酚A型环氧树脂80～100份、593环氧树脂固化剂60～75份、邻苯二甲酸二丁酯10～15份、聚芳砜酰胺纤维3～6份、玻璃纤维5～8份、硅油5～10份、功能填料7～10份、纳米粉体6～10份及二环氧丙烷乙基醚14～18份。
2.根据权利要求1所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于，所述功能填料的制备方法包括以下步骤：
一、将多孔无机材料及质量为其0.8～2.0%的硅烷偶联剂一同投入搅拌釜中，然后将搅拌釜温升至80～110℃，并以300～1000rpm的转速对搅拌釜内的混合组分搅拌30～40min；待搅拌完毕后，所得即为活化处理后的多孔无机材料；
二、按1：3～5的质量比，将上述活化处理后的多孔无机材料浸渍在适量的温度为50～60℃的浸渍液中，经超声乳化20～30min；然后向浸渍液中加入质量为多孔无机材料0.8～1.5%的引发剂，2h内将质量为多孔无机材料30～70%的2-甲基丙烯酸正丁酯滴加至浸渍液中，并在60～80℃的条件下保温反应6～10h；
三、待反应完毕后，反应所得产物依次经冷却出料、破乳、过滤、洗涤及真空干燥处理，所得固体物质即为功能添加剂成品。
3.根据权利要求2所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于，所述多孔无机材料的制备方法包括以下步骤：
Ⅰ、按1：1.5～3.0的质量比，分别称取适量的甲基乙烯基聚硅氧烷及二甲基硅油；将两者投入反应釜中，然后向反应釜中补加适量的反应促进剂，超声混合均匀后，将反应釜抽真空；然后将反应釜中所得的混合组分取出，并在室温下陈化20～30h；
Ⅱ、以0.5～1℃/min的速率将上述陈化处理后的混合组分的温度升至150～220℃，并在此温度下保温静置2～5h；后经降温脱模处理得到固体样品；所得固体样品转入气氛炉中，在氩气的保护下，以1～2℃/min的速率将固体样品的温度升至200～250℃，并在此温度下保温静置3～5h；
Ⅲ、依次将上述步骤Ⅱ最终所得产物在300～400℃的温度下保温静置3～5h、400～550℃的温度下保温2～3h、550～700℃的温度下保温1～2h；最终所得固体物质即为多孔无机材料成品。
4.根据权利要求3所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于：所述反应促进剂选用二月桂酸二丁基锡或氯铂酸，且其加入量为甲基乙烯基聚硅氧烷质量的0.05～0.12%。
5.根据权利要求2所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于：所述硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于，所述浸渍液的制备方法为：向浓度为50～70%的乙醇水溶液中分别加入质量为其2.5～4.2%的烷基酚聚氧乙烯醚、1.8～3.2%的脂肪醇聚氧乙烯醚、5～8%的异噻唑啉酮及10～15%的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸；后经超声分散均匀后，所得即为浸渍液成品。
7.根据权利要求2所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于：所述引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种用于帆船的玻璃钢，其特征在于：所述纳米粉体由纳米二氧化钛及纳米氧化锌按1：1.0～1.5的质量比混合制备而成。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述的用于帆船的玻璃钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：准确称取上述各原料，并对相应的模具进行清理、组装及涂抹硅油处理；然后采用手糊法依次经过涂胶衣树脂、裁切玻璃织物、配胶、糊制、室温固化、脱模、按切割线去毛、封边、熟化及喷漆处理；最终制得用于帆船的玻璃钢成品。
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