CN1277884C - 一种片状模塑料及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片状模塑料及其成型方法，目的是提供一种在低温低压成型的片状模塑料及其成型方法。本发明所提供的片状模塑料，含有下述重量份数比的物质：不饱和聚酯：60-90；聚苯乙烯或聚乙烯乙酸酯：10-40；脱模剂：1-3；MgO糊：3-3.5，所述MgO糊为MgO粉末与树脂载体混合后经研磨制得；酰胺：0.8-1.0；引发剂：2-3；硬脂酸锌：2-4；苯乙烯：4-5；碳酸钙或氢氧化铝或瓷土：100-180；短切玻纤：60-110。其成型包括高速分散机搅拌混合、片状模塑料机组浸润、35-40℃温度下增稠和1.5-2.0MPa下固化等步骤。本发明的低温低压片状模塑料，产品出现粘度平台，性能稳定，对于降低设备要求，减少投资，具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种在低温低压下成型的片状模塑料及其成型方法。
背景技术
模压工艺是一种重要的复合材料成型工艺，而片状模塑料SMC(Sheet moldingcompound)是模压工艺的重要成型材料。SMC是用不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、固化剂、增稠剂、填料、脱模剂等组成的树脂糊浸渍短切玻璃纤维(两面有薄膜覆盖)，然后经过增稠，达到不粘手的状态，用于模压成型。自从1960年德国Bayer公司实现了SMC工业化生产以来，40多年来由于其生产效率高、产品质量好、环境质量好等优点，迅速成为复合材料多种成型工艺中发展最快、应用最广泛的工艺之一。
但是由于SMC材料在成型加工时要达到不粘手、能够带动纤维流动、树脂和纤维不离析的要求，需要在一定温度下增稠，增稠后的SMC片材呈现出较高的粘度，粘度一般在4×107cp以上，这样就要求其在较高的温度(145℃-170℃)和较高的压力(5MPa-15MPa)下才能够模塑成型。由于成型的温度和压力比较高，所用的设备和模具昂贵，一次性投资比较大，所以一般的模压制品的规模产量都在10万件以上，使它的应用和进一步发展受到了影响。
为了满足汽车外壳、建筑墙板、床板等大型平面生产的需要，20世纪90年代初期，欧美一些复合材料专家提出并开始研究LT/LPSMC(低温低压SMC)技术(低压指1-3MPa或更低，低温100-120℃)。由于成型压力的降低，LT/LPSMC成型时对模具材质和压机的要求都降低了很多，模具不再必须是钢模，可以是铸铝，甚至是环氧树脂模具，而且低温低压SMC所要求的经济批量在3-5万件，这样对新产品的开发极为有利。但所用树脂为结晶树脂，通过结晶树脂的熔化一结晶过程实现SMC的增稠，变化学增稠为物理增稠，从而实现低压成型。这种方法需要对传统SMC机组进行改造，增加加热装置，给生产带来一定不便；所用原料结晶树脂价格昂贵，生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种在低温低压下成型的片状模塑料及其成型方法。
本发明所提供的片状模塑料，含有下述重量份数比的物质：
不饱和聚酯：60-90；
聚苯乙烯或聚乙烯乙酸酯：10-40；
脱模剂：1-3；
MgO糊：3-3.5，所述MgO糊为MgO粉末与树脂载体混合后经研磨制得；
酰胺：0.8-1.0；
引发剂：2-3；
硬脂酸锌：2-4；
苯乙烯：4-5；
碳酸钙或氢氧化铝或瓷土：100-180；
短切玻纤：60-110。
其中，脱模剂常用德国毕克公司生产的BYK-P9061；酰胺类物质有多种可选，常用甲酰胺、乙酰胺、苯甲酰胺、丙稀酰胺、甲基丙烯酰胺和六次甲基四胺等。
引发剂选用过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷组成的复合引发体系，两者重量比为1∶1-1∶1.5。
在制备MgO糊时常用树脂载体为饱和聚酯或聚苯乙烯类树脂。
为了保证所得片状模塑料的质量和产品性能，以及延长操作时间，所述片状模塑料一般还含有下述重量份数比的物质：
二氧化硅：0.8-1.0；
防止相分离型添加剂：0.5-1.5；
氢醌：0.02-0.05。
其中，所述防止相分离型添加剂，选用德国毕克公司生产的BYK-972，BYK-973等产品。
为了使所得片状模塑料具有不同的颜色，在制备时还可以加入各种颜料糊。
本发明所提供的片状模塑料的成型方法，包括如下步骤：1)将除短切玻纤外的其他组分原料按比例用高速分散机搅拌混合，然后经过SMC机组浸润重量份数比为60-110的短切玻纤，形成两面有PE薄膜覆盖的卷状料；
2)将该卷状料在35-40℃温度下增稠36-48小时，形成半粘性薄板形片状模塑料；
3)将材料两面的PE薄膜撕去，叠层后放入加热到105-110℃的金属模具内，在1.5-2.0Mpa下使产品固化，得到产品。
本发明利用非结晶性的通用不饱和聚酯树脂为原料，用高度分散的氧化镁糊来增稠，使氧化镁与树脂的增稠反应进行的比较充分，当增稠反应完成后，后续反应点几乎不存在，出现了粘度几乎没有增加的平台，有利于粘度平台的稳定；采用酰胺类化合物来控制树脂糊的增稠粘度，使之出现较低的粘度平台(6×106-2×107cp)，而且片材在此粘度下不粘手、易操作，在低压条件下能够压制成型；采用低温复合引发体系，在低温条件下能够固化成型。
传统的片状模塑料在室温下的贮存期一般在30天左右，如果片材贮存时间过长，由于片材的粘度平台不稳定，片材的粘度就会逐渐升高，最终超出适合压制成型的粘度范围，这样在压制成型的时候，需要很高的压力才能成型，对设备的要求较高，而且产品容易出现流痕、缺料等缺陷，轻则影响产品美观和力学性能，重则导致产品报废。本发明的低温低压片状模塑料，由于粘度平台非常稳定，片材经过长时间贮存后，在较低的压力下仍然能够成型，工艺性能和产品性能都比较稳定，对于降低设备要求，减少投资，具有重要意义。
附图说明
图1为LT/LPSMC和普通SMC粘度随贮存时间的变化曲线
具体实施方式
实施例1、低温低压片状模塑料的制备
按表1各种原料比例称取原料共3.5kg，将除短切玻纤(1″)外的其他组分原料经过高速分散机高速搅拌混合，然后经过SMC机组浸润短切玻纤(1″)，形成两面有PE薄膜覆盖的卷状料；将该卷状料在35℃温度下增稠48小时，形成半粘性薄板形片状模塑料；成型时将片状模塑料两面的PE薄膜撕去，按制品面积的50-80％大小裁剪，叠层然后放入金属模具内，加热到105℃，然后加压固化，其压力为2.0MPa，通常根据产品的厚度不同来确定加压时间，即可得到产品。
其中，表1中所用不饱和聚酯树脂为P17-902(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，聚乙酸乙烯酯为LP4016(购于亚什兰聚酯(昆山)有限公司)，防止相分离型添加剂选用BYK-972，脱模助剂为BYK-P9061(由德国毕克公司生产，购于北京科拉斯复合材料有限公司)。
所用的MgO糊(25％)按如下过程制备：将氧化镁粉末与聚苯乙烯树脂SW7310(上纬(上海)精细化工有限公司)按重量比1∶3混合，高速搅拌均匀，再经过三辊磨进行研磨5遍，制备出分散均匀的氧化镁糊，碾磨后的氧化镁颗粒直径可以达到10μm以下，最小可达到2μm。
本发明引发剂为过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷组成的复合引发体系，其中前者72℃下半衰期为10h，为高活性引发剂；后者85℃下半衰期为10h，具有中等活性，两者结合使用可以使材料实现低温固化成型，而且所得片状模塑料具有贮存时间长、固化时间短等特点。
为了使所得片状模塑料具有不同的颜色，在制备时还可以加入各种颜料糊。所用颜料糊可以自制，如将颜料(如钛白、大分子系颜料铁红、油性黑等)与饱和聚酯P-50载体混合搅拌均匀，后经过三辊磨多次研磨制得。颜料糊也可以从市场上购买。本实施例所用白色颜料糊为自制，由钛白与饱和聚酯载体P-50混合、研磨制得。
表1.各原料重量配比
| 组分名称 | 重量份比 |
| P17-902LP4016BYK-972BYK-P9061MgO糊(25％)甲酰胺硬脂酸锌苯乙烯氢醌过氧化-2-乙基己酸叔丁酯1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷二氧化硅碳酸钙白色颜料糊短切玻纤(1″) | 7525123.10.85350.0251.21.50.8140690 |
按照常规方法对所得低温低压片状模塑料(LT/LPSMC)性能进行测试，数据如表2所示，性能和普通SMC制品性能基本相同。
表2.LT/LPSMC与普通SMC各种性能对比
| 压缩强度/MPa | 105～210 | 143 |
| 冲击韧性/KJ/m2(无缺口) | ≥45 | 111 |
| 热变形温度/℃ | 177～232 | ＞200 |
| 巴氏硬度 | 40～80 | 70 |
| 表面粗糙度/μm | ＜0.8 | 0.2～0.5 |
本发明采用甲酰胺作为粘度控制剂来控制增稠粘度，粘度平台非常稳定，该片状模塑料在室温下可以贮存70天以上。所得低温低压片状模塑料(LT/LPSMC)和传统片状模塑料(SMC)粘度随贮存期的变化情况如图1所示。
实施例2、低温低压片状模塑料的制备
按照表3的原料比例配制混合料4kg，其制备方法基本同实施例1，其中不同之处在于其卷状模材料在40℃下增稠36小时后，放入金属模具内加热到110℃加压到2.0MPa固化后得到片状模塑料。按照常规方法对制备而成的低温低压片状模塑料的性能进行测试，产品性能和普通SMC制品性能基本相同。
其中，表3中所用不饱和聚酯树脂为P171-901(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，聚苯乙烯为H814-902(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，防止相分离型添加剂选用BYK-973，脱模助剂为BYK-P9061(由德国毕克公司生产，购于北京科拉斯复合材料有限公司)。
所用的MgO糊(25％)按如下过程制备：将氧化镁粉末与饱和聚酯P-50(江苏江阴化工厂)按重量比1∶3混合，高速搅拌均匀后研磨制得。
所用红色颜料糊为自制，为大分子系颜料铁红与饱和聚酯(P-50)载体混合、研磨制得。
表3.各原料重量配比
| 组分名称 | 重量份比 |
| P171-901H814-902BYK-973BYK-P9061MgO糊(25％)乙酰胺硬脂酸锌苯乙烯 | 60400.533.51.025 |
| 过氧化-2-乙基己酸叔丁酯1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷二氧化硅瓷土红色颜料糊短切玻纤(1″) | 1.01.01.0100860 |
本发明采用乙酰胺作为粘度控制剂来控制增稠粘度，粘度平台非常稳定，该片状模塑料在室温下可以贮存70天以上。
实施例3、低温低压片状模塑料的制备
按照表4的原料比例配制混合料4kg，按照实施例1的方法制备得到不带颜色的片状模塑料。按照常规方法对制备而成的低温低压片状模塑料的性能进行测试，性能和普通SMC制品性能基本相同。
其中，表4中所用不饱和聚酯树脂为P6024-01(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，聚乙酸乙烯酯为H870-901(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，脱模助剂为BYK-P9061(由德国毕克公司生产，购于北京科拉斯复合材料有限公司)。
所用的MgO糊(25％)按如下过程制备：将氧化镁粉末与饱和聚酯P-50(北京二五一厂)按重量比1∶3混合，高速搅拌均匀后研磨制得。
表4.各原料重量配比
| 组分名称 | 重量份比 |
| P6024-01H870-901BYK-P9061MgO糊(25％)六次甲基四胺硬脂酸锌苯乙烯过氧化-2-乙基己酸叔丁酯1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷氢氧化铝短切玻纤(1″) | 9010130.8441.51.5180110 |
本发明采用六次甲基四胺作为粘度控制剂来控制增稠粘度，粘度平台非常稳定，该片状模塑料在室温下可以贮存70天以上。
实施例4、低温低压片状模塑料的制备
按照表5的原料比例配制混合料4kg，制备方法同实施例1，得到片状模塑料。按照常规方法对制备而成的低温低压片状模塑料的性能进行测试，性能和普通SMC制品性能基本相同。
其中，表5中所用不饱和聚酯树脂为P178-02(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，聚乙酸乙烯酯为H1080-01(购于金陵帝斯曼树脂有限公司)，脱模助剂为BYK-P9061(由德国毕克公司生产，购于北京科拉斯复合材料有限公司)。
所用的MgO糊(25％)按如下过程制备：将氧化镁粉末与聚苯乙烯树脂SW7310(上纬(上海)精细化工有限公司)按重量比1∶3混合，高速搅拌均匀后研磨制得。
表5.各原料重量配比
| 组分名称 | 重量份比 |
| P178-02H1080-01BYK-P9061MgO糊(25％)苯甲酰胺硬脂酸锌苯乙烯过氧化-2-乙基己酸叔丁酯1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷氢醌二氧化硅氢氧化铝短切玻纤(1″) | 7030130.934.51.01.50.050.9180100 |
实施例5、低温低压片状模塑料的制备
按照表6的原料比例配制混合料4kg，制备方法同实施例1，得到片状模塑料。按照常规方法对制备而成的低温低压片状模塑料的性能进行测试，性能和普通SMC制品性能基本相同。
表6中所用不饱和聚酯树脂为POLYLTTE PS-260(购于常州华日新材有限公司)，聚苯乙烯为POLYLITE PS-954(购于常州华日新材有限公司)，脱模助剂为BYK-P9061(由德国毕克公司生产，购于北京科拉斯复合材料有限公司)。
其中，所用的MgO糊(25％)按如下过程制备：将氧化镁粉末与饱和聚酯P-50(北京二五一厂)按重量比1∶3混合，高速搅拌均匀后研磨制得。
表6.各原料重量配比
| 组分名称 | 重量份比 |
| POLYLITE PS-260POLYLITE PS-954BYK-P9061MgO糊(25％)丙烯酰胺硬脂酸锌苯乙烯过氧化-2-乙基己酸叔丁酯1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷氢醌二氧化硅氢氧化铝短切玻纤(1″) | 8020130.934.51.31.30.020.9150100 |
实施例6、低温低压片状模塑料的制备
按照表7的原料比例配制混合料4kg，制备方法同实施例1，得到片状模塑料。按照常规方法对制备而成的低温低压片状模塑料的性能进行测试，性能和普通SMC制品性能基本相同。
表7中所用不饱和聚酯树脂为POLYLITE PS-180(购于常州华日新材有限公司)，聚苯乙烯为POLYLITE PB-930(购于常州华日新材有限公司)，脱模助剂为BYK-P9061(由德国毕克公司生产，购于北京科拉斯复合材料有限公司)。
其中，所用的MgO糊(25％)按如下过程制备：将氧化镁粉末与饱和聚酯P-50(江苏江阴化工厂)按重量比1∶3混合，高速搅拌均匀后研磨制得。
表7.各原料重量配比
| 组分名称 | 重量份比 |
| POLYLITE PS-180POLYLITE PB-930BYK-P9061MgO糊(25％)甲基丙烯酰胺 | 8020130.9 |
| 硬脂酸锌苯乙烯过氧化-2-乙基己酸叔丁酯1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷氢醌二氧化硅氢氧化铝短切玻纤(1″) | 34.51.21.20.020.916090 |
Claims (10)
1、一种片状模塑料，含有下述重量份数比的物质：
不饱和聚酯，60-90；
聚苯乙烯或聚乙烯乙酸酯，10-40；
脱模剂，1-3；
MgO糊，3-3.5；
酰胺，0.8-1.0；
引发剂，2-3；
硬脂酸锌，2-4；
苯乙烯，4-5；
碳酸钙或氢氧化铝或瓷土，100-180；
短切玻纤，60-110；
其中，所述MgO糊为MgO粉末与树脂载体混合后经研磨制得；所述树脂载体为饱和聚酯或聚苯乙烯树脂。
2、根据权利要求1所述的片状模塑料，其特征在于：所述脱模剂为BYK-P9061；所述酰胺为甲酰胺、乙酰胺、苯甲酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或六次甲基四胺；。
3、根据权利要求1所述的片状模塑料，其特征在于：所述引发剂为由过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷组成的复合引发剂。
4、根据权利要求3所述的片状模塑料，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己酸叔丁酯与1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷重量比为1∶1～1∶1.5。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的片状模塑料，其特征在于，所述片状模塑料还含有下述重量份数比的物质：
二氧化硅，0.8-1.0；
防止相分离型添加剂，0.5-1.5；
氢醌，0.02-0.05；
其中，防止相分离型添加剂采用BYK-972添加剂或BYK-973添加剂。
6、一种片状模塑料的成型方法，包括如下步骤：1)将下述重量份数比物质的混合物用高速分散机搅拌混合：不饱和聚酯，60-90；聚苯乙烯或聚乙烯乙酸酯，10-40；脱模剂，1-3；MgO糊，3-3.5，所述MgO糊为MgO粉末与树脂载体混合后经研磨制得，所述树脂载体为饱和聚酯或聚苯乙烯树脂；酰胺，0.8-1.0；引发剂，2-3；硬脂酸锌，2-4；苯乙烯，4-5；碳酸钙或氢氧化铝或瓷土，100-180；然后经过片状模塑料机组浸润重量份数比为60-110的短切玻纤，形成两面有PE薄膜覆盖的卷状料；
2)将该卷状料在35-40℃温度下增稠36-48小时，形成半粘性薄板形片状模塑料；
3)将材料两面的PE薄膜撕去，叠层后放入加热到105-110℃的金属模具内，在1.5-2.0MPa下使产品固化，得到产品。
7、根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于：步骤1)所述脱模剂为BYK-P9061；所述酰胺为甲酰胺、乙酰胺、苯甲酰胺、丙烯酰胺、六次甲基四胺或甲基丙烯酰胺；所述树脂载体为饱和聚酯或聚苯乙烯树脂。
8、根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于：步骤1)所述引发剂为由过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷组成的复合引发剂。
9、根据权利要求8所述的成型方法，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己酸叔丁酯与1，1-双(特丁基过氧化)-3，3，5三甲基环己烷重量比为1∶1～1∶1.5。
10、根据权利要求6或7或8或9所述的成型方法，其特征在于：步骤1)所述混合物还含有下述重量份数比的物质：
二氧化硅，0.8-1.0；
防止相分离型添加剂，0.5-1.5；
氢醌，0.02-0.05；
其中，防止相分离型添加剂采用BYK-972添加剂或BYK-973添加剂。
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Effective date of registration: 20081212 Address after: 261 mailbox, Beijing City Patentee after: Beijing FRP Research & Design Institute Composite Co., Ltd. Address before: 261 mailbox, Beijing City Patentee before: Beijing Research Design Inst. of GRP Product |
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Owner name: BEIJING GLASS STEEL INSTITUTE COMPOUND MATERIALS C Free format text: FORMER OWNER: BEIJING REINFORCED GLASS DESIGN INSTITUTE, BEIJING CITY Effective date: 20081212 |
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Owner name: BEIJING ZHONGCAI CAR COMPOUND MATERIALS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING GLASS STEEL INSTITUTE COMPOUND MATERIALS CO., LTD. Effective date: 20090821 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090821 Address after: 261 mailbox, Beijing City Patentee after: Beijing Sinoma Composite Auto Parts Co., Ltd. Address before: 261 mailbox, Beijing City Patentee before: Beijing FRP Research & Design Institute Composite Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20061004 Termination date: 20140708 |
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