一种含玻璃纤维的透明复合材料及其制备方法
文献发布时间：2024-04-18 19:52:40
技术领域
本发明属于C08K技术领域，更具体的涉及含玻璃纤维的透明复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酸甲酯作为一类开发较早的热塑性塑料已经被广泛应用，随着应用领域或者应用范围的扩大，对聚甲基丙烯酸甲酯板材的要求越来越高。聚甲基丙烯酸甲酯的遮光系数为1.592，如何在保证聚甲基丙烯酸甲酯较好的透明性的前提下制备出力学性能更优异的材料是目前研究的一项挑战。
中国发明专利CN111978459A中公开了一种将PMMA树脂混合料与玻璃纤维复合制备得到的一种透明材料，在公开的专利中，使用苯乙烯作为交联剂，通过与甲基丙烯酸甲酯之间的交联反应制备得到一种力学性能优异的透明材料，但是在公开专利中使用的苯乙烯作为交联剂，其形成的交联结构单一，拉伸性能和抗冲击性能相对强度低。
为了进一步提升透明材料力学性能和透明性，对反应的优化和改进是目前研究人员面临的一项挑战。如何制备得到一种兼具透明性和力学性能的聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，对其应用将产生较大的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯，玻璃纤维，交联剂和引发剂。
在一些优选的实施方式中，按重量份计，含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯80-150份，玻璃纤维5-20份，交联剂24-120份，引发剂0.1-3份。
在一些优选的实施方式中，所述的甲基丙烯酸甲酯和玻璃纤维的重量比为(10-15)：(85-90)。
在一些优选的实施方式中，所述的交联剂为含烯烃基交联剂。
在一些优选的实施方式中，所述的交联剂选自间二乙烯基苯、邻二乙烯基苯、丁二烯、1,4-二乙烯基苯、二乙烯基硅氧烷、二乙烯基环氧烷中的一种或几种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述的引发剂为氧化还原引发剂。
在一些优选的实施方式中，所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布。
在一些优选的实施方式中，所述的无碱玻璃纤维的经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm。
申请人在实验过程中发现，甲基丙烯酸甲酯的折光系数为1.592，透明度较高，通过引入玻璃纤维布可以与甲基丙烯酸甲酯复合，通过复合作用形成透光度高的复合板材，申请人发现采用经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm的玻璃纤维布其折光指数与甲基丙烯酸甲酯接近，可以形成透光率高的材料。申请人进一步发现，甲基丙烯酸甲酯和玻璃纤维采用(10-15)：(85-90)的质量比，可以使板材达到接近85-90％的透光率效果，原因可能是：经纬密度合适的玻璃纤维布形成的折光指数与甲基丙烯酸甲酯接近，并且合适的经纬密度和玻璃纤维布的组织结构，可以使甲基丙烯酸甲酯快速渗透到玻璃纤维之间，避免渗透不均匀的现象，影响透光率。并且甲基丙烯酸甲酯和玻璃纤维在优选的重量比下可以进一步提高板材的透光率，使甲基丙烯酸甲酯与玻璃纤维的透光效果接近，进一步提高透光效果，甲基丙烯酸甲酯的占比超过优选的重量比，会导致玻璃纤维的透光度下降，从而影响板材的透明效果。并且在优选的重量比下，板材的抗冲击性能进一步提升，收缩率下降，减小了甲基丙烯酸甲酯固化后的收缩率。
在一些优选的实施方式中，所述的引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过硫酸盐、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基中的一种或几种的组合。
进一步优选的，所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯和丁二烯的组合。
更优选的，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为(1-5)：1。
更进一步优选的，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为2：1。
在一些优选的实施方式中，所述的甲基丙烯酸甲酯和交联剂的重量比为1：(0.3-0.8)。
申请人在实验过程中发现，通过引入1,4-二乙烯基苯和丁二烯与PMMA发生聚合反应，制备得到的板材具有良好的透光效果，猜测可能的原因是：聚合反应形成交联网络，交联后的聚合物更接近玻璃纤维的折光指数，使形成的复合板材的透光度进一步提升。申请人进一步发现，形成的复合板材具有良好的耐高温性能，原因可能是：1,4-二乙烯基苯和丁二烯与PMMA形成交联网络，分子结构更加牢固，从而能够承受更高的温度，提高了耐高温性。并且甲基丙烯酸甲酯与交联剂采用1：(0.3-0.8)的重量比可以进一步改善板材的力学强度，提高板材的拉伸强度，缩小板材收缩率，原因可能是：在优选的重量比下，形成的交联网络致密，形成的聚合物与玻璃纤维布之间的结合性能较佳，玻璃纤维布作为板材的骨架结构，与致密的交联网络共同作用，避免了固化后的收缩，降低了收缩率。超出优选的重量比范围，交联网络的密度交底，与玻璃纤维布的匹配收缩性不佳，影响板材的力学效果。
本发明的第二方面提供了一种含玻璃纤维的透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于90-130℃的温度下发生交联反应，反应1-3h后，出料即得。
本发明中制备得到的复合材料以板材形式成型，板材的厚度可选择为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm。
有益效果：本发明相对于现有技术，具有如下优势：
本发明所述含玻璃纤维的透明复合材料，通过采用高质量分数的玻璃纤维与PMMA混合可以使复合材料具有良好的力学性能，同时采用1,4-二乙烯基苯作为交联剂可以使高分子材料之间形成交联密度高的交联网络，增加高分子树脂与玻璃纤维的结合性能。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯12份，玻璃纤维88份，交联剂6份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布，经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm，购于泰州立海新材料科技有限公司EWT300；
所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯和丁二烯的组合，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为2：1。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
实施例2
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯12份，玻璃纤维88份，交联剂6份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维短纤，单纤维直径为24微米，购于巨石官方旗舰店；
所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯和丁二烯的组合，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为2：1。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)将无碱玻璃纤维短纤均匀放入模具，然后加入混合物与无碱玻璃纤维短纤，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
实施例3
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯12份，玻璃纤维88份，交联剂6份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布，经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm，购于泰州立海新材料科技有限公司EWT300；
所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
实施例4
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯12份，玻璃纤维88份，交联剂6份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布，经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm，购于泰州立海新材料科技有限公司EWT300；
所述的交联剂为丁二烯。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
实施例5
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯15份，玻璃纤维85份，交联剂7.5份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布，经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm，购于泰州立海新材料科技有限公司EWT300；
所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯和丁二烯的组合，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为2：1。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
实施例6
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯30份，玻璃纤维70份，交联剂15份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布，经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm，购于泰州立海新材料科技有限公司EWT300；
所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯和丁二烯的组合，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为2：1。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
实施例7
一种含玻璃纤维的透明复合材料，制备原料包括：甲基丙烯酸甲酯12份，玻璃纤维88份，交联剂6份和引发剂0.5份。
所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维布，经向密度为6-12ends/cm，纬向密度为7-15ends/cm，购于泰州立海新材料科技有限公司EWT300；
所述的交联剂为1,4-二乙烯基苯和丁二烯的组合，所述的1,4-二乙烯基苯和丁二烯的摩尔比为1：1。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明的第二方面提供了一种透明复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯，交联剂，引发剂混合，得到混合物；
(2)玻璃纤维经裁剪后放入模具，然后加入混合物与玻璃纤维混合，混合浸润均匀后，置于95℃的温度下发生交联反应，反应2h后，得到厚度为3mm的板材。
性能测试
将上述实施例1-7制备得到的复合材料进行力学性能、收缩率、透光率测试性能测试，具体如下：
1)抗冲击性能测试：将实施例1-7制备的复合材料进行抗冲击强度测试，测试方法参考：GB/T 1043.1-2008；
2)拉伸性能：将实施例1-6制备的复合材料进行拉伸性能测试，测试方法参照：GB/T 1040.2-2006；
3)收缩率：将实施例1-7制备的复合材料进行收缩率测试，测试方法参考：
ASTM D 955-2008；
4)透光率测试：将实施例1-7制备的复合材料进行透光率测试，测试方法参考GB/T：GB/T 2410-2008；
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