一种复合玻璃钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料的制备方法，具体而言，涉及一种复合玻璃钢及其制备方法。

背景技术

玻璃钢，即纤维强化塑料或纤维增强复合材料，一般指用不饱和聚脂树脂、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，又称为玻璃纤维增强塑料。其以良好的力学性能和热性能，在生产和生活的各方面得到较为广泛的应用。但是传统的玻璃钢制备工艺存在以下问题：通过注塑成型的方式，不能保证制备材料流体的流动，流动过程中由于温度进而流动阻力的影响，会引发纤维分布和取向的不均匀，在产品中会出现表面浮纤、熔接痕等缺陷，从而导致产品质量和力学性能差的问题。另外，现有技术中的复合玻璃钢还存在耐热性差的问题，高温烧蚀后，其强度以及韧性明显下降，存在极大的安全隐患。

综上，在制备复合玻璃钢领域，仍然存在亟待解决的上述问题。

发明内容

基于此，为了解决现有技术制备玻璃钢材料时出现表面浮纤、熔接痕等的问题，本发明提供了一种复合玻璃钢，具体技术方案如下：

一种复合玻璃钢,包括组分A以及组分B，所述组分A为制备预成型坯体的原材料，所述组分B主要包括流动性质的混合树脂材料，且往所述预成型坯体内注入所述混合树脂材料，然后抽吸处理、热压成型、冷却后得到复合玻璃钢；

其中，按照重量份比，所述组分A包括以下原材料：硅灰石15-30份、玻璃纤维5-8份、陶瓷纤维1-10份、聚乙烯醇缩醛树脂10-30份、固化剂0.5-5份、促进剂0.5-8份；

所述混合树脂材料包括重量份比为1-5:2-8:1-10的双酚A型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、硅氧烷树脂。

进一步地，所述预成型坯体的制备方法为：

将所述硅灰石进行煅烧处理，得到硅灰石粉末，然后往所述硅灰石粉末中加入玻璃纤维以及陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往所述第一混合物中加入聚乙烯醇缩醛树脂、固化剂以及促进剂，搅拌均匀，得到第二混合物，将所述第二混合物放置于模具中制备预成型坯体。

进一步地，所述煅烧处理的温度为1000℃-1200℃，煅烧处理的时间为30min-60min。

进一步地，所述静置陈化的时间为1-5h。

进一步地，所述第二混合物放置于模具中，在振动频率为30Hz-50Hz、温度为45℃-85℃的条件下处理20min-50min，然后静置陈化10h-20h。

进一步地，所述混合树脂材料在使用前需要经过预处理，所述预处理为：按照重量份比，将双酚A型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂以及硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为120℃-180℃，搅拌时间为30min-60min。

进一步地，预处理后的混合树脂材料的粘度为3000cps-12000cps。

进一步地，所述固化剂为双氰胺。

进一步地，所述促进剂为对甲苯磺酸。

进一步地，所述热压成型的条件为：温度为100℃-170℃，压力为0.3MPa-0.8MPa，时间为3min-5min。

上述方案中的复合玻璃钢的制备方法简单，适用性能佳，能有效解决在注塑成型的过程中受到流动阻力的影响引发纤维分布和取向的不均匀，出现的浮渣以及熔接痕的缺陷，有助于提高复合玻璃钢的力学性能；本发明采用特定配比的多种树脂形成混合树脂材料注入预成型坯体中，能增加预成型坯体与混合树脂材料相互作用的界面结合力，大幅度提高复合玻璃钢的强度和韧性，并通过抽吸处理以及热压成型的方式，还能减少材料内部的空气，进而降低气泡率，有助于提高玻璃钢的质量；另外，本发明将硅灰石、玻璃纤维、陶瓷纤维、聚乙烯醇缩醛树脂、固化剂以及促进剂原料配合使用制备预成型坯体，具有优异的强度以及冲击性能，硅灰石、玻璃纤维以及陶瓷纤维的协同作用还能明显增加复合玻璃钢的耐热性。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施例中的一种复合玻璃钢,包括组分A以及组分B，所述组分A为制备预成型坯体的原材料，所述组分B包括流动性质的混合树脂材料，且往所述预成型坯体内注入所述混合树脂材料，然后抽吸处理、热压成型、冷却后得到复合玻璃钢；

其中，按照重量份比，所述组分A包括以下原材料：硅灰石15-30份、玻璃纤维5-8份、陶瓷纤维1-10份、聚乙烯醇缩醛树脂10-30份、固化剂0.5-5份、促进剂0.5-8份；

所述混合树脂材料包括重量份比为1-5:2-8:1-10的双酚A型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、硅氧烷树脂。

在其中一个实施例中，所述预成型坯体的制备方法为：

将所述硅灰石进行煅烧处理，得到硅灰石粉末，然后往所述硅灰石粉末中加入玻璃纤维以及陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往所述第一混合物中加入聚乙烯醇缩醛树脂、固化剂以及促进剂，搅拌均匀，得到第二混合物，将所述第二混合物放置于模具中制备预成型坯体。

在其中一个实施例中，所述煅烧处理的温度为1000℃-1200℃，煅烧处理的时间为30min-60min。

在其中一个实施例中，所述第二混合物放置于模具中，在振动频率为30Hz-50Hz、温度为45℃-85℃的条件下处理20min-50min，然后静置陈化10h-20h。

在其中一个实施例中，所述混合树脂材料在使用前需要经过预处理，所述预处理为：按照重量份比，将双酚A型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂以及硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为120℃-180℃，搅拌时间为30min-60min。

在其中一个实施例中，预处理后的混合树脂材料的粘度为3000cps-12000cps。

在其中一个实施例中，所述固化剂为双氰胺。

在其中一个实施例中，所述促进剂为对甲苯磺酸。

在其中一个实施例中，通过将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入所述混合树脂材料。

在其中一个实施例中，所述模具设置有除气孔。所述除气孔用于吸取在注入所述混合树脂材料时产生的气泡。

在其中一个实施例中，所述抽吸处理为：所述除气孔与气泵连接，在0.1MPa-0.3MPa的压力下处理30s-60s。

在其中一个实施例中，所述热压成型的条件为：温度为100℃-170℃，压力为0.3MPa-0.8MPa，时间为3min-5min。

上述方案中的复合玻璃钢的制备方法简单，适用性能佳，能有效解决在注塑成型的过程中受到流动阻力的影响引发纤维分布和取向的不均匀，出现的浮渣以及熔接痕的缺陷，有助于提高复合玻璃钢的力学性能；本发明采用特定配比的多种树脂形成混合树脂材料注入预成型坯体中，能增加预成型坯体与混合树脂材料相互作用的界面结合力，大幅度提高复合玻璃钢的强度和韧性，并通过抽吸处理以及热压成型的方式，还能减少材料内部的空气，进而降低气泡率，有助于提高玻璃钢的质量；另外，本发明将硅灰石、玻璃纤维、陶瓷纤维、聚乙烯醇缩醛树脂、固化剂以及促进剂原料配合使用制备预成型坯体，具有优异的强度和冲击性能。

下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。

实施例1：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1000℃的条件下将15g份硅灰石进行煅烧处理30min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入5g玻璃纤维以及1g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入10g聚乙烯醇缩醛树脂、0.5g双氰胺以及0.5g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为30Hz、温度为45℃的模具中处理20min，然后静置陈化10h，制备预成型坯体；

将1g双酚A型环氧树脂、8g缩水甘油胺型环氧树脂以及1g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为120℃，搅拌时间为30min，得到粘度为5000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.3MPa的压力下处理30s；

在温度为100℃，压力为0.3MPa的条件下处理3min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

实施例2：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1200℃的条件下将30g硅灰石进行煅烧处理60min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入8g玻璃纤维以及10g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入30g聚乙烯醇缩醛树脂、5g双氰胺以及3g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为50Hz、温度为85℃的模具中处理50min，然后静置陈化20h，制备预成型坯体；

将5g双酚A型环氧树脂、2g缩水甘油胺型环氧树脂以及10g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为180℃，搅拌时间为60min，得到粘度为12000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.3MPa的压力下处理30s；

在温度为170℃，压力为0.8MPa的条件下处理5min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

实施例3：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1100℃的条件下将20g硅灰石进行煅烧处理50min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入6g玻璃纤维以及8g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入20g聚乙烯醇缩醛树脂、3g双氰胺以及6g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为40Hz、温度为60℃的模具中处理35min，然后静置陈化15h，制备预成型坯体；

将3g双酚A型环氧树脂、5g缩水甘油胺型环氧树脂以及5g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为160℃，搅拌时间为50min，得到粘度为8000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.1MPa的压力下处理60s；

在温度为150℃，压力为0.6MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

实施例4：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1100℃的条件下将28g硅灰石进行煅烧处理45min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入7g玻璃纤维以及8g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入25g聚乙烯醇缩醛树脂、4g双氰胺以及7g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为45Hz、温度为75℃的模具中处理30min，然后静置陈化15h，制备预成型坯体；

将4g双酚A型环氧树脂、6g缩水甘油胺型环氧树脂以及8g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为150℃，搅拌时间为50min，得到粘度为10000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.2MPa的压力下处理45s；

在温度为150℃，压力为0.7MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

对比例1：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

将6g玻璃纤维以及8g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入20g聚乙烯醇缩醛树脂、3g双氰胺以及6g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为40Hz、温度为60℃的模具中处理35min，然后静置陈化15h，制备预成型坯体；

将3g双酚A型环氧树脂、5g缩水甘油胺型环氧树脂以及5g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为160℃，搅拌时间为50min，得到粘度为8000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.1MPa的压力下处理60s；

在温度为150℃，压力为0.6MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

对比例2：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1100℃的条件下将20g硅灰石进行煅烧处理50min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入6g玻璃纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入20g聚乙烯醇缩醛树脂、3g双氰胺以及6g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为40Hz、温度为60℃的模具中处理35min，然后静置陈化15h，制备预成型坯体；

将3g双酚A型环氧树脂、5g缩水甘油胺型环氧树脂以及5g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为160℃，搅拌时间为50min，得到粘度为8000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.1MPa的压力下处理60s；

在温度为150℃，压力为0.6MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

对比例3：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1100℃的条件下将20g硅灰石进行煅烧处理50min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入6g玻璃纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入20g聚乙烯醇缩醛树脂、3g双氰胺以及6g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物，将第二混合物放置于振动频率为40Hz、温度为60℃的模具中处理35min，然后静置陈化15h，制备预成型坯体；

将3g双酚A型环氧树脂、5g缩水甘油胺型环氧树脂以及5g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为160℃，搅拌时间为50min，得到粘度为8000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料置于针筒注射器中，然后通过所述针筒注射器往所述预成型坯体内注入预处理后的混合树脂材料；

将除气孔与气泵连接，在0.1MPa的压力下处理60s；

在温度为150℃，压力为0.6MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

对比例4：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1100℃的条件下将20g硅灰石进行煅烧处理50min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入6g玻璃纤维以及8g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入20g聚乙烯醇缩醛树脂、3g双氰胺、6g对甲苯磺酸、3g双酚A型环氧树脂、5g缩水甘油胺型环氧树脂以及5g硅氧烷树脂，搅拌均匀，得到第二混合物，

将第二混合物放置于振动频率为40Hz、温度为60℃的模具中处理35min，然后静置陈化15h；

将除气孔与气泵连接，在0.1MPa的压力下处理60s；

在温度为150℃，压力为0.6MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

对比例5：

一种复合玻璃钢的制备方法，包括以下步骤：

在温度为1100℃的条件下将20g硅灰石进行煅烧处理50min，得到硅灰石粉末，然后往硅灰石粉末中加入6g玻璃纤维以及8g陶瓷纤维，充分混合均匀后，得到第一混合物；

往第一混合物中加入20g聚乙烯醇缩醛树脂、3g双氰胺以及6g对甲苯磺酸，搅拌均匀，得到第二混合物；

将3g双酚A型环氧树脂、5g缩水甘油胺型环氧树脂以及5g硅氧烷树脂放置于混合釜中，控制搅拌温度为160℃，搅拌时间为50min，得到粘度为8000cps的预处理的混合树脂材料，备用；

将预处理后的混合树脂材料与所述第二混合物继续混合均匀后，置于模具中，并在温度为150℃，压力为0.6MPa的条件下处理4min，然后冷却后得到复合玻璃钢。

通过对实施例1-4制备的复合玻璃钢以及对比例1-5制备的复合玻璃钢进行断面试样分析(SEM)，结果如下表1所示。

表1：

由表1中的试样结果分析可知，本发明的复合玻璃钢的制备工艺有助于解决复合玻璃钢表面浮纤、熔接痕的缺陷，且通过抽吸处理后，能明显降低材料内的气泡，有助于获得质量更佳的复合玻璃钢。

将实施例1-4制备的复合玻璃钢以及对比例1-5制备的复合玻璃钢进行物理性能测试，结果如下表2所示。

表2：

需要说明的是：抗冲击强度按照国家标准GB/T9341-2008对玻璃钢的Izod切口抗冲击强度进行测试；弯曲强度按照国家标准GB/T9341-2000对玻璃钢的弯曲强度进行测试；热变形温度的测试条件为：按照国家标准GB/T5989-2008对玻璃钢的热变形温度进行测试；硬度按照国家标准GB/T230.2-2002对玻璃钢的邵氏硬度进行测试。

由表2的数据分析可知，本发明中的成分、成分的添加方式以及制备工艺会影响制备的玻璃钢的抗冲击强度、弯曲强度、硬度以及软化温度等物理性能，对比例1中未添加硅灰石成分，对比例2中未添加玻璃纤维，对比例3中未添加陶瓷纤维，但制备的玻璃钢材料物理性能皆比实施例1-4制备的玻璃钢的物理性能差，说明这几种成分是协同作用，对获得强度优异的玻璃钢有明显的作用，且硅灰石、玻璃纤维以及陶瓷纤维还有助于提高制备复合玻璃钢的耐热性能；另外，对比例4中以及对比例5中的制备工艺与实施例3相比，具有明显的不同，但是明显地知道：对比例4以及对比例5中的制备的玻璃钢的物理性能也比实施例1-4中制备的玻璃钢的物理性能差。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。