專利名稱：一種耐沖擊的玻璃鋼材料的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及纖維增強復合材料的制備方法，具體地說是一種耐沖擊的玻璃鋼材料的制備方法。
背景技術(shù)：
玻璃鋼材料是由玻璃纖維增強材料嵌入已固化的熱固性樹脂中或被其包裹形成復合結(jié)構(gòu)的材料。目前市場上生產(chǎn)使用的玻璃鋼材料多采用樹脂浸潤玻璃布材料來成型。該方法浸潤效果好，所制備的玻璃纖維含量高。但由于玻璃布體積和形狀的限制，使其特別不適應用于諸如管接頭、三通管件、彎頭管件等不易均勻受壓的產(chǎn)品。另外，該方法制備的玻璃鋼材料其耐沖擊性能差，且層合面容易發(fā)生分層。為了解決上述問題，有研究者將玻璃纖維切割成纖維長徑比為1000左右、長度為3 5mm玻璃纖維粉，然后將玻璃纖維粉投入到由環(huán)氧樹脂、增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑組成的混合液中，再在球磨機中攪拌均勻加入填料，固化劑，由此制備成一種不含玻璃布鋪層的玻璃鋼材料(詳見張娟等.環(huán)氧玻璃鋼的制備[J]與測試.工程技術(shù)，2008，N0.13)。該方法所提供的玻璃鋼材料雖然克服了玻璃布本身所導致的缺陷，但由于玻璃纖維被切割成粉狀，因而其纖維本身所特有的物理特性亦被大大削弱。如復合材料吸收沖擊能的方式常常是通過樹脂變形和裂紋擴展至斷裂、纖維抽出、纖維斷裂3種方式。由此不難看出當復合材料中的玻璃纖維呈粉狀嵌入已固化的熱固性樹脂中，在受到外力沖擊時，粉性纖維已不再具有纖維抽出時能夠吸收能量的作用，同時也喪失了纖維斷裂時所能夠吸收的能量。也有研究者通過采用玻璃布的鋪層優(yōu)化設計來提高玻璃鋼材料的耐沖擊性。如董衛(wèi)衛(wèi)等研究人員分別設計了 4種鋪層方式(分別為0° /O。/O。/O。/、0。/90。/O。/90。/、0。/ +45。/ + 45。/O。/、+ 45。/O。/ 一45° / + 90° /)，采用真空輔助樹脂注塑對玻璃纖維/不飽和聚酯樹脂層合板進行復合。并對其耐沖擊性能進行了測試(詳見董衛(wèi)衛(wèi)，等.玻璃纖維/不飽和聚酯復合材料板的耐沖擊性能研究[J]天津工業(yè)大學學報，2008, 27(1)24-25)。實驗結(jié)果表明采用0° /90° /0° /90° /鋪層方式可提高復合材料的強度、承載能力以及能量吸收能力，但其抗變形能力較弱。另外該方法所制備的玻璃鋼在應用時仍然要受到玻璃布體積和形狀的限制。將一定長度的玻璃纖維直接混入熱固樹脂中形成一種不含玻璃布鋪層的玻璃鋼材料或許是一種不錯的選擇。然而，玻璃纖維表面光滑、纖維間接觸緊密，故其分散性很差。因此當玻璃纖維直接混入熱固樹脂時，樹脂對其的浸潤性非常差，所以玻璃纖維很難與樹脂基體形成牢固的粘接。為了提高玻璃纖維與樹脂基體的粘合能力，許多研究人員都將研究重點放在了對玻璃纖維的表面進行處理中。目前對玻璃纖維表面進行處理的方法主要有:熱處理法，即利用高溫使玻璃纖維表面的原有膠料氧化分解，同時除去玻璃纖維由于儲存而吸附的水。該方法簡單、實 用性強，但其單獨使用效果欠佳，因而通常都作為玻璃纖維表面處理的預處理工序；酸堿刻蝕處理法，即通過酸堿在玻璃纖維表面進行化學反應形成一些凹陷或微孔。待玻璃纖維與基體進行復合時，一些高聚物的鏈段進入到空穴中.起到類似錨固作用，由此增加了玻璃纖維與聚合物界面之間的結(jié)合力。但研究表明酸堿刻蝕處理法雖可以有效增加玻璃纖維的表面積，改善玻璃纖維表面的浸潤性，但是玻璃纖維在被酸堿刻蝕后.表面層遭到破壞，從而造成應力集中，自身強度有所下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種制備耐沖擊性能好的玻璃鋼材料的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的:
本發(fā)明所提供的制備方法包括以下步驟:
(a)稱取以下重量份比的原料:長度為15飛Omm的卷曲玻璃短纖維15 25份，環(huán)氧樹脂2(Γ25份，環(huán)氧樹脂活性稀釋劑3-8份，增粘劑0.05、.1份增塑劑f 2份、硅烷偶聯(lián)劑f 2份、固化劑2 5份、填料10 20份；
(b)將1/3 1/2量的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑加入所述的卷曲玻璃短纖維中，攪拌均勻后，備用;
(C)將環(huán)氧樹脂、余量環(huán)氧樹脂活性稀釋劑混合均勻，再加入增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑制備成浸潰膠液，備用；
Cd)將經(jīng)b步所制備的物品放入c步所述浸潰膠液中，攪拌均勻后，密閉浸潰4-12小
時；
(e)加入增粘劑，攪拌均勻后，加入填料、固化劑攪拌均勻，密閉保存。在具體應用時可或涂布成一定厚度的板材，固化、干燥12-24小時；或灌注到涂有脫模劑的模具中，制備成所需形狀的產(chǎn)品；或密封保存，在使用時將其灌入噴槍內(nèi)，將所述材料噴涂于被修復產(chǎn)品的 表面進行補強加固。本發(fā)明所述的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑可選擇環(huán)氧丙烷丁基醚、丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、甲酚縮水甘油醚、芳香單縮水甘油醚、環(huán)氧苯乙烯、二環(huán)氧丙烷乙基醚、乙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚中的一種。本發(fā)明所述的增塑劑可選用鄰苯二甲酸酯，如:鄰苯二甲酸二辛酯；鄰苯二甲酸二丁酯；DBP、D0P、DIDP。本發(fā)明所述的增粘劑可選用環(huán)氧改性雙馬來酰胺，如4，4' - 二胺基二苯甲烷型雙馬來酰胺(BMI)。本發(fā)明所述的固化劑可選擇過氧化甲乙酮、2-乙基-4-甲基咪唑、聚酰胺650、T31環(huán)氧樹脂固化劑、縮胺一 105環(huán)氧樹脂固化劑、KJP-1002無色透明環(huán)氧樹脂固化劑中的一種。本發(fā)明所述的硅烷偶聯(lián)劑可選用ΚΗ550，ΚΗ560, ΚΗ570, ΚΗ792，DL602, DL171中的一種。本發(fā)明所述的填料可選用石英粉，也可選用碳硅粉。本發(fā)明所選擇的卷曲玻璃短纖維，可采用纖維卷曲機，在60(T70(TC高溫下，將玻璃纖維制成諸如鋸齒形、圓頭鋸齒形、半圓形、弓形的卷曲幾何狀，然后切割成長度為15^50mm的卷曲玻璃短纖維。本發(fā)明材料中的玻璃短纖維因纖維因為非直線為型，故其所占空間面積大、蓬松度高，易于被膠液充分浸透。同時也因其所占空間面積大，所以纖維與纖維的攀纏狀況好，又與本發(fā)明所述基體配方相配合，由此中可自然形成一種雜合網(wǎng)，并構(gòu)成了一種具有良好界面性能以及良好應力傳遞效應、強度高、承載能力大、耐沖擊性能好的復合材料。本發(fā)明更為優(yōu)選的方案是:
卷曲玻璃短纖維15 25份，環(huán)氧樹脂2(Γ25份，環(huán)氧樹脂活性稀釋劑3-8份，增粘劑0.05、.1份增塑劑f 2份、硅烷偶聯(lián)劑f 2份、固化劑2飛份、填料1(Γ20份，其中的增粘劑為環(huán)氧改性雙馬來酰胺。本發(fā)明所述的卷曲玻璃短纖維其優(yōu)選長度為15 30mm。由此可更有效增加纖維蓬松度、提高其與基體粘結(jié)效果、改善基體的流動性。本發(fā)明所述的卷曲玻璃短纖維，優(yōu)選纖維單位長度L內(nèi)含有f 3個卷曲數(shù)，由此可有效增加纖維蓬松度，提高其與基體粘結(jié)效果。本發(fā)明所述的卷曲玻璃短纖維，優(yōu)選半圓形、弓形的卷曲玻璃短纖維，由此可提高材料的耐沖擊性。本發(fā)明方法簡單、環(huán)保，其更為重要的是可快速、有效得將卷曲玻璃短纖維更均勻地分散于基體之中，由此可使卷曲玻璃短纖維更好地聯(lián)接構(gòu)成應力傳遞網(wǎng)，進一步提高所制材料的抗斷裂、耐沖擊等性能。本發(fā)明材料可用于制作汽車保險杠和車身等機械零部件，也可用于破損、腐蝕建筑構(gòu)件進行補強加固。


圖1為鋸齒形卷曲玻璃纖維的幾何形狀示意圖。圖2為圓頭鋸齒形卷曲玻璃纖維的幾何形狀示意圖。圖3為半圓形卷曲玻璃纖維的幾何形狀示意圖。圖4為弓形卷曲玻璃纖維的幾何形狀示意圖。圖5為卷曲玻璃纖維單位長度的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳述。
具體實施例方式實施例1
(a)纖維卷曲機在750°C高溫下，將玻璃纖維制如圖4所示的弓形卷曲玻璃短纖維，然后切割成長度L為35mm (如圖5所示)；
(b)稱取該卷曲玻璃短纖維25kg，雙酚A環(huán)氧樹脂25kg，二環(huán)氧丙烷乙基醚(環(huán)氧樹脂活性稀釋劑)8 kg，環(huán)氧改性雙馬來酰胺(增粘劑)0.1 kg鄰苯二甲酸二辛酯(增塑劑)2kg、硅烷偶聯(lián)劑KH550 2 kg、過氧化甲乙酮(固化劑)5 kg、石英粉(填料)2 kg ；
(c)將1/2量的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑加入卷曲玻璃短纖維中，攪拌均勻后，備用；
(d)將環(huán)氧樹脂、余量環(huán)氧樹脂活性稀釋劑混合均勻，再加入增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑制備成浸潰膠液，備用；
Ce)將經(jīng)c步所制備的物品放入d步所述浸潰膠液中，攪拌均勻后，密閉浸潰12小時；Cf)加入增粘劑，攪拌均勻后，加入填料、固化劑攪拌均勻，然后將其涂布成0.58、.64厚度的板材，固化、干燥12小時。實施例2(a)纖維卷曲機在750°C高溫下，將玻璃纖維制成如圖3所述的半圓形卷曲玻璃短纖維，然后切割成長度為35mm ；
(b)稱卷曲玻璃短纖維15kg，雙酚A環(huán)氧樹脂20kg，聚丙二醇二縮水甘油醚(環(huán)氧樹脂活性稀釋劑)3 kg，環(huán)氧改性雙馬來酰胺(增粘劑)0.05 kg鄰苯二甲酸二丁酯(增塑劑)Ikg、硅烷偶聯(lián)劑DL602 I kg、T31環(huán)氧樹脂(固化劑)2kg、石英粉(填料)10 kg ；
(c)將1/3量的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑加入卷曲玻璃短纖維中，攪拌均勻后，備用；
(d)將環(huán)氧樹脂、余量環(huán)氧樹脂活性稀釋劑混合均勻，再加入增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑制備成浸潰膠液，備用；
Ce)將經(jīng)c步所制備的物品放入d步所述浸潰膠液中，攪拌均勻后，密閉浸潰6小時；Cf)加入增粘劑，攪拌均勻后，放置40分鐘，加入填料、固化劑攪拌均勻，然后將其涂布成0.58、.64厚度的板材，固化、干燥24小時。實施例3
稱取長度為50mm的如圖2所示的卷曲玻璃短纖維20kg，雙酚A環(huán)氧樹脂25kg，聚丙二醇二縮水甘油醚(環(huán)氧樹脂活性稀釋劑)5 kg，環(huán)氧改性雙馬來酰胺(增粘劑)0.08 kg鄰苯二甲酸二丁酯(增塑劑)1.5 kg、硅烷偶聯(lián)劑KH560 I kg、縮胺一 105環(huán)氧樹脂(固化劑)4kg、碳娃粉(填料)15 kg。具體制備方法同實施例1。實施例4
稱取長度為15mm的如圖1所示的卷曲玻璃短纖維18kg，雙酚A環(huán)氧樹脂22kg，環(huán)氧丙烷丁基醚(環(huán)氧樹脂活性稀釋劑)8 kg，環(huán)氧改性雙馬來酰胺(增粘劑)0.05 kg鄰苯二甲酸二丁酯(增塑劑)2kg、 硅烷偶聯(lián)劑KH792 1.5 kg、過氧化甲乙酮3kg、石英粉(填料)15 kg。具體制備方法同實施例2。對比例I 稱取以下原料:
雙酚A環(huán)氧樹脂24kg、聚酰胺650 7 kg、T31 2 kg、玻璃纖維粉(長度為3 5mm) 24kg、環(huán)氧丙燒丁基醚10 kg、鄰苯二甲酸二丁酯2kg、娃燒偶聯(lián)劑KH560 2 kg、石英粉7 kg、碳硅粉12 kg。制備方法:
將環(huán)氧樹脂稀釋后，加入增塑劑、偶聯(lián)劑，攪拌均勻，加入玻璃纖維粉，在球磨機中高速旋轉(zhuǎn)，使玻璃纖維均勻分散于試樣中，加入填料、固化劑，固化12小時。制成厚度為
0.58 0.64的板材。對比例2 稱取以下原料:
不飽和聚酯樹脂100kg、環(huán)烷酸鈷1.25 kg過氧化甲乙酮溶液1.05 kg，制備成浸潰膠液；
將玻璃纖維布按照0° / 90° /0° /90° /的鋪層方式進行鋪層，采用真空輔助樹脂注塑成型技術(shù)對玻璃纖維/不飽和聚酯樹脂層合板進行復合。即在真空狀態(tài)下排出纖維增強體中的氣體，通過樹脂的流動、滲透、實現(xiàn)對纖維及其織物的浸潰，并在室溫下固化。制成厚度為0.58 0.64的板材。
實施例5耐沖擊性能測試
測試儀器:美國Dynatup92型材料沖擊儀,沖頭形狀:子彈頭狀,試樣尺寸:95mmX95mm;分為6組，第I組為實施例1所制備的板材、第2組為實施例2所制備的板材、第3組為實施例3所制備的板材、第4組為實施例4所制備的板材、第5組為對比例I所制備的板材、第6組為對比例2所制備的板材；每個組為5個試件，試驗數(shù)據(jù)取5個試件的平均值。實驗結(jié)果詳見表I。表1:
權(quán)利要求
1.一種耐沖擊玻璃鋼材料玻璃鋼材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟 Ca)纖維卷曲機在65(T80(TC高溫下，將玻璃纖維制卷曲玻璃短纖維，然后切割成長度為 15 50mm ； (b)稱取以下重量份比的原料長度為15 50mm的卷曲玻璃短纖維15 25份，環(huán)氧樹脂2(Γ25份，環(huán)氧樹脂活性稀釋劑3-8份，增粘劑O. 05、. I份增塑劑f 2份、硅烷偶聯(lián)劑f 2份、固化劑2 5份、填料10 20份； (c)將1/3 1/2量的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑加入所述的卷曲玻璃短纖維中，攪拌均勻后，備用; (d)將環(huán)氧樹脂、余量環(huán)氧樹脂活性稀釋劑混合均勻，再加入增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑制備成浸潰膠液，備用； Ce)將經(jīng)c步所制備的物品放入d步所述浸潰膠液中，攪拌均勻后，密閉浸潰4-12小時； Cf)加入增塑劑，攪拌均勻后，加入填料、固化劑攪拌均勻，備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐沖擊玻璃鋼材料的制備方法，其特征在于所述的卷曲玻璃短纖維其長度為15 30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的耐沖擊玻璃鋼材料的制備方法，其特征在于所述的卷曲玻璃短纖維其單位長度內(nèi)含有Γ3個卷曲數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的耐沖擊玻璃鋼材料的制備方法，其特征在于所述的卷曲玻璃短纖維為15 20份，增粘劑為環(huán)氧改性雙馬來酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的耐沖擊玻璃鋼材料的制備方法，其特征在于所述的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑為環(huán)氧丙烷丁基醚、丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、甲酚縮水甘油醚、芳香單縮水甘油醚、環(huán)氧苯乙烯、二環(huán)氧丙烷乙基醚、乙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的耐沖擊玻璃鋼材料，其特征在于所述的玻璃短纖維為半圓形或弓形卷曲玻璃短纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備耐沖擊玻璃鋼材料的方法，它包括以下步驟(a)將玻璃纖維制卷曲玻璃短纖維，然后切割成長度為15~50mm；(b)稱取卷曲玻璃短纖維、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂活性稀釋劑、增粘劑、增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑、固化劑、填料；(c)將1/3~1/2量的環(huán)氧樹脂活性稀釋劑加入所述的卷曲玻璃短纖維中；(d)將環(huán)氧樹脂、余量環(huán)氧樹脂活性稀釋增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑制備成浸漬膠液；(e)將經(jīng)c步所制備的物品放入d步所述浸漬膠液中，攪拌均勻后，密閉浸漬4-12小時；(f)加入增塑劑，攪拌均勻后，加入填料、固化劑攪拌均勻，備用。本發(fā)明方法制備的復合材料具有良好界面性能、強度高、承載能力大、耐沖擊性能好。
文檔編號C08K3/34GK103254567SQ20121003649
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月18日
發(fā)明者王洪君, 王帥, 王超, 夏云廣, 張文寧, 徐文秀 申請人:河北華強科技開發(fā)有限公司