CN116218145B - 一种耐老化玻璃钢复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐老化玻璃钢复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及玻璃钢复合材料技术领域，提出了一种耐老化玻璃钢复合材料及其制备方法，包括以下重量份组分：70‑80份环氧树脂、20‑30份聚酰胺树脂、10‑15份酚醛树脂、80‑90份玻璃纤维、10‑15份碳纤维、15‑20份纳米二氧化硅、5‑10份高岭土、0.5‑1份抗氧剂、1‑3份硬脂酰胺乙基二乙胺、1‑3份固化剂、1‑3份促进剂。通过上述技术方案，解决了现有技术中玻璃钢复合材料的耐老化性能差，导致性能下降的问题。

Description

一种耐老化玻璃钢复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃钢复合材料技术领域，具体的，涉及一种耐老化玻璃钢复合材料及其制备方法。
背景技术
玻璃钢也称为纤维强化塑料，根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料，碳纤维增强复合塑料，硼纤维增强复合塑料等。玻璃钢具有弹性好、耐磨性高等优点，玻璃钢复合材料的应用从最初的国防航天到现在的民用、建筑、船舶、交通运输、运动器械等国防和国民经济各个领域。随着复合材料应用领域的不断扩大，复合材料工业得到迅速发展，需求越来越大。
玻璃钢制品在使用过程中，由于大气、暴晒、湿热和水浸泡等作用，会造成玻璃钢制品性能的下降，存在着老化的现象。因此，玻璃钢材料的耐老化性能直接影响着玻璃钢制品的性能和寿命。
发明内容
本发明提出一种耐老化玻璃钢复合材料及其制备方法，解决了相关技术中玻璃钢复合材料的耐老化性能差，导致性能下降的问题。
本发明的技术方案如下：
一种耐老化玻璃钢复合材料，包括以下重量份组分：70-80份环氧树脂、20-30份聚酰胺树脂、10-15份酚醛树脂、80-90份玻璃纤维、10-15份碳纤维、15-20份纳米二氧化硅、5-10份高岭土、0.5-1份抗氧剂、1-3份硬脂酰胺乙基二乙胺、1-3份固化剂、1-3份促进剂。
作为进一步技术方案，所述玻璃纤维的直径为10-20μm。
作为进一步技术方案，所述纳米二氧化硅的粒径20-60nm。
作为进一步技术方案，所述环氧树脂由双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂组成。
作为进一步技术方案，所述双酚F型环氧树脂的粘度为400-5000mPa·s。
作为进一步技术方案，所述双酚F型环氧树脂的粘度为700-1100mPa·s。
作为进一步技术方案，所述双酚A型环氧树脂的粘度为10000-15000mPa·s。
作为进一步技术方案，所述双酚A型环氧树脂的粘度为12000mPa·s。
作为进一步技术方案，所述双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂的质量比为2:3。
作为进一步技术方案，所述固化剂包括胺类固化剂、酸酐类固化剂中的一种或多种。
作为进一步技术方案，所述促进剂包括环烷酸钴、N，N二甲基苯胺中的一种或多种。
本发明还包括一种耐老化玻璃钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、纳米二氧化硅搅拌后，加入聚酰胺树脂和酚醛树脂再进行搅拌，得到混合树脂；
S2、将所述混合树脂和玻璃纤维、碳纤维、高岭土、抗氧剂、硬脂酰胺乙基二乙胺、固化剂、促进剂，搅拌后，挤出，得到耐老化玻璃钢复合材料。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，以环氧树脂为主，以聚酰胺树脂、酚醛树脂为辅，混合后作为玻璃钢材料的基体，以玻璃纤维、碳纤维为增强材料，制备得到的玻璃钢复合材料具有较高的力学强度。本发明组分中的纳米二氧化硅可以分布于环氧树脂的空隙中，提高复合材料的力学强度和耐老化性能，硬脂酰胺乙基二乙胺可以提高玻璃钢复合材料的力学性能和耐老化性能。
2、本发明中环氧树脂由双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂组成，通过双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂复配可以提高玻璃钢复合材料的力学性能和耐老化性能，并且通过限定双酚F型环氧树脂的粘度为700-1100mPa·s和双酚A型环氧树脂的粘度为12000mPa·s时，能进一步提高玻璃钢复合材料的力学性能和耐老化性能。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例及对比例中：
双螺杆挤出机各区工艺参数为：一区235℃，二区240℃，三区255℃，四区260℃，五区275℃；
NPEF-500、NPEF-164X、NPEF-170均购自广州维立纳化工有限公司；
0164G双酚A型液体环氧树脂购自常州常盛玻璃钢材料有限公司；
CYD-014U双酚A型环氧树脂购自上海悦怡化工有限公司；
环氧树脂E51购自广州市思伽化工有限公司。
实施例1
S1、将28份双酚F型环氧树脂（NPEF-164X）、42份双酚A型环氧树脂（环氧树脂E51）、15份纳米二氧化硅加入到高速混料机中以500rpm的转速混合搅拌15min后，再加入20份聚酰胺树脂和10份酚醛树脂再继续搅拌10min，得到混合树脂；其中纳米二氧化硅的粒径为20nm；其中双酚F型环氧树脂（NPEF-164X）的粘度为700-1100mPa·s，双酚A型环氧树脂（环氧树脂E51）的粘度为12000mPa·s；
S2、将上述得到的混合树脂、80份玻璃纤维、10份碳纤维、5份高岭土、0.5份抗氧剂、1份硬脂酰胺乙基二乙胺、1份三乙烯四胺和1份环烷酸钴共混后，通过双螺杆挤出机挤出，得到耐老化玻璃钢复合材料；其中玻璃纤维的直径为10μm。
实施例2
S1、将30份双酚F型环氧树脂（NPEF-164X）、45份双酚A型环氧树脂（环氧树脂E51）、17份纳米二氧化硅加入到高速混料机中以500rpm的转速混合搅拌15min后，再加入25份聚酰胺树脂和12份酚醛树脂再继续搅拌10min，得到混合树脂；其中纳米二氧化硅的粒径为40nm；其中双酚F型环氧树脂（NPEF-164X）的粘度为700-1100mPa·s，双酚A型环氧树脂（环氧树脂E51）的粘度为12000mPa·s；
S2、将上述得到的混合树脂、85份玻璃纤维、13份碳纤维、6份高岭土、0.8份抗氧剂、2份硬脂酰胺乙基二乙胺、2份三乙烯四胺和2份N，N-二甲基苯胺共混后，通过双螺杆挤出机挤出，得到耐老化玻璃钢复合材料；其中玻璃纤维的直径为15μm。
实施例3
S1、将32份双酚F型环氧树脂（NPEF-164X）、48份双酚A型环氧树脂（环氧树脂E51）、20份纳米二氧化硅加入到高速混料机中以500rpm的转速混合搅拌15min后，再加入30份聚酰胺树脂和15份酚醛树脂再继续搅拌10min，得到混合树脂；其中纳米二氧化硅的粒径为60nm；其中双酚F型环氧树脂（NPEF-164X）的粘度为700-1100mPa·s，双酚A型环氧树脂（环氧树脂E51）的粘度为12000mPa·s；
S2、将上述得到的混合树脂、90份玻璃纤维、15份碳纤维、10份高岭土、1份抗氧剂、3份硬脂酰胺乙基二乙胺、3份邻苯二甲酸酐和3份N，N-二甲基苯胺共混后，通过双螺杆挤出机挤出，得到耐老化玻璃钢复合材料；其中玻璃纤维的直径为20μm。
实施例4
与实施例2相比，实施例4将NPEF-164X替换成等量的NPEF-500，其它与实施例2相同。
实施例5
与实施例2相比，实施例5将NPEF-164X替换成等量的NPEF-170，其它与实施例2相同。
实施例6
与实施例2相比，实施例6将环氧树脂E51替换为等量的CYD-014U，其它与实施例2相同。
实施例7
与实施例2相比，实施例7将环氧树脂E51替换为等量的0164G，其它与实施例2相同。
对比例1
与实施例2相比，对比例1的不同之处在于，45份NPEF-164X、30份环氧树脂E51。
对比例2
与实施例2相比，对比例2的不同之处在于，37.5份NPEF-164X、37.5份环氧树脂E51。
对比例3
与实施例1相比，对比例3不添加硬脂酰胺乙基二乙胺，其它与实施例1相同。
对比例4
与实施例2相比，对比例4不添加环氧树脂E51，其它与实施例1相同。
对比例5
与实施例2相比，对比例5不添加NPEF-164X，其它与实施例1相同。
试验例
测定实施例1-7及对比例1-5制备得到的玻璃钢复合材料的耐老化性能，测定方法如下：
依据GB/T 2573-2008《玻璃纤维增强塑料耐老化性能试验方法》的测定方法对试样进行耐老化试验，试验方法：将试样浸泡于质量分数为3.5%的NaCl溶液中，试验温度为(60±2)℃，浸泡时间为720h。浸泡结束后，依据GB/T1447-2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》的方法测定老化前后的拉伸强度，计算老化后拉伸强度的保持率；依据GB/T1449-2005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》方法测定老化前后的弯曲强度，计算老化后弯曲强度的保持率，按如下公式进行计算：
拉伸强度老化后保持率（%）=老化后拉伸强度/老化前拉伸强度×100
弯曲强度老化后保持率（%）=老化后弯曲强度/老化前弯曲强度×100
结果如表1所示。
表1实施例1-7及对比例1-5的耐老化性能测试结果
与实施例2相比，实施例4将NPEF-164X替换成等量的NPEF-500，实施例5将NPEF-164X替换成等量的NPEF-170，结果实施例4-5的拉伸强度和弯曲强度均低于实施例2，老化后拉伸强度和弯曲强度的保持率也均低于实施例2。说明使用NPEF-164X能进一步提高玻璃钢复合材料的力学性能和耐老化性能。
与实施例2相比，实施例6将环氧树脂E51替换为等量的CYD-014U，实施例7将环氧树脂E51替换为等量的0164G，结果实施例6-7的拉伸强度和弯曲强度均低于实施例2，老化后拉伸强度和弯曲强度的保持率也均低于实施例2，说明使用环氧树脂E51能进一步提高玻璃钢复合材料的力学性能和耐老化性能。
与实施例2相比，对比例4不添加环氧树脂E51，对比例5不添加NPEF-164X，结果对比例4-5的拉伸强度和弯曲强度均低于实施例2，老化后拉伸强度和弯曲强度的保持率也均低于实施例2。
与实施例2相比，对比例1-2改变NPEF-164X和环氧树脂E51的比例，结果对比例1-2的拉伸强度和弯曲强度均低于实施例2，老化后拉伸强度和弯曲强度的保持率也均低于实施例2。综上，说明选择粘度为700-1100mPa·s的双酚F型环氧树脂和粘度为12000mPa·s的双酚A型环氧树脂复配能提高玻璃钢复合材料的力学性能和耐老化性能，并且当700-1100mPa·s的双酚F型环氧树脂和粘度为12000mPa·s的双酚A型环氧树脂的质量比为2:3时制备得到的玻璃钢的力学性能和耐老化性能最好。
与实施例1相比，对比例3不添加硬脂酰胺乙基二乙胺，结果对比例3的拉伸强度和弯曲强度均低于实施例1，老化后拉伸强度和弯曲强度的保持率也均低于实施例1。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分：70-80份环氧树脂、20-30份聚酰胺树脂、10-15份酚醛树脂、80-90份玻璃纤维、10-15份碳纤维、15-20份纳米二氧化硅、5-10份高岭土、0.5-1份抗氧剂、1-3份硬脂酰胺乙基二乙胺、1-3份固化剂、1-3份促进剂；所述环氧树脂由双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂组成；所述双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂的质量比为2:3。
2.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为10-20μm。
3.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径20-60nm。
4.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，所述双酚F型环氧树脂的粘度为400-5000mPa·s。
5.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂的粘度为10000-15000mPa·s。
6.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，所述固化剂包括胺类固化剂、酸酐类固化剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料，其特征在于，所述促进剂包括环烷酸钴、N，N-二甲基苯胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种耐老化玻璃钢复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、纳米二氧化硅搅拌后，加入聚酰胺树脂和酚醛树脂再进行搅拌，得到混合树脂；
S2、将所述混合树脂和玻璃纤维、碳纤维、高岭土、抗氧剂、硬脂酰胺乙基二乙胺、固化剂、促进剂，搅拌后，挤出，得到耐老化玻璃钢复合材料。
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