一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体地涉及一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法。

背景技术

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。石墨烯具有的良好的机械性能、化学稳定性等，在复合材料等领域有着广阔的应用前景。中国专利CN102658656A 涉及一种玻璃纤维增强树脂复合材料板簧的制备方法，取玻璃纤维布和玻璃纤维丝分别充分浸渍在环氧树脂中，然后将玻璃纤维布在上下芯模表面敷设一层；然后在具有适当张力预设值的情况下，将玻璃纤维丝缠绕在芯模上；缠绕时，对玻璃纤维丝施加的张力随缠绕层数逐层递减。缠绕结束后再敷设有一层玻璃纤维布。常规合模后，得对未完工板簧雏形进行固化，得到玻璃纤维增强树脂复合材料板簧。 中国专利CN106189220A公开了一种石墨烯改性玻璃纤维增强树脂复合材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)制备玻璃纤维；(2)玻璃纤维预处理；(3)称取石墨烯量子点配制成浓度为0.1~1mg/ml的分散溶液，溶剂为水、丙酮或二甲基亚砜；超声搅拌80~100ml石墨烯量子点分散溶液，将预处理后的玻璃纤维加入其中，超声搅拌速度减半，浸渍30~60min；取出玻璃纤维清洗，烘干，待用；(4)制备石墨烯改性玻璃纤维增强体并通过硅烷偶联剂进行改性；(5)将树脂基材料复合，即得石墨烯改性玻璃纤维增强树脂复合材料，所制得的石墨烯改性玻璃纤维增强树脂复合材料具有优异的力学性能。但现有工艺复杂，不易加工制造。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种工艺简单、易于加工的改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，同时具有良好的强玻璃纤维的物理性能。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，包括：

S1、将石墨烯与质量分数为80%的硫酸溶液和质量分数为90%的硝酸溶液混合，搅拌均匀，得混合液；

S2、将步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液混合，加入无水乙醇，超声处理1-1.5h，得组分A；

S3、将硅烷偶联剂与去离子水混合，搅拌40-60分钟，加入pH调节剂调节pH值为8-8.5，得组分B；

S4、将步骤S1中剩余的2/3混合液及组分A、组分B、酚醛树脂基体与玻璃纤维混合，对玻璃纤维进行改性处理，得浇注料，浇注料依次进行浇筑、固化和熟化，得到改性玻璃纤维树脂复合材料，使石墨烯材料均匀分散于树脂中，增强材料的机械性能。

进一步的，在步骤S1中，所述石墨烯与混合液的质量比为0.5-0.8:1，硫酸溶液和硝酸溶液质量比为1:0.5-0.8。

进一步的，在步骤S2中，所述步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液的质量比为0.3-0.5:1；所述的不饱和聚酯树脂为邻苯型、间苯型、新戊二醇型或乙烯基酯型等。

进一步的，在步骤S3中，所述硅烷偶联剂为一端带有氨基的硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂与去离子水质量比为0.1-0.3:1。

进一步的，在步骤S4中，所述步骤S1中剩余的2/3混合液、组分A、组分B、酚醛树脂基体、玻璃纤维质量比为0.2-0.5：0.3-0.7：0.1-0.5：0.1-0.6：1-5，该组分设置进一步提高了树脂复合材料界面剪切强度，避免混合液或组分A过多对共价键的形成产生影响。

进一步的，在步骤S4中，所述酚醛树脂基体包括酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂；所述酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂的质量比为3-5∶1∶1.2。

进一步的，在步骤S4中，所述固化时间为10～14h。

进一步的，所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种组合；所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维等。

本发明的技术效果：

与现有技术相比，本发明的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，通过将石墨烯通过混合液的处理，一部分与不饱和聚酯树脂浆液混合形成组分A，另一部分与组分A、组分B、酚醛树脂基体对玻璃纤维改性处理，同时石墨烯的处理过程，提高了石墨烯的分散性，使改性玻璃纤维树脂复合材料产生牢固的共价键结合，提高了树脂复合材料界面剪切强度，从而提高了树脂复合材料的机械性能和使用寿命。本发明易于加工，改性玻璃纤维树脂复合材料具有良好的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，包括：

S1、将石墨烯与质量分数为80%的硫酸溶液和质量分数为90%的硝酸溶液混合，搅拌均匀，得混合液；石墨烯与混合液的质量比为0.6:1，硫酸溶液和硝酸溶液质量比为1:0.5；

S2、将步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液混合，加入无水乙醇，超声处理1h，得组分A；步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液质量比为0.3:1；所述的不饱和聚酯树脂为邻苯型；

S3、将质量比为0.1:1的硅烷偶联剂与去离子水混合，搅拌40-60分钟，加入pH调节剂调节pH值为8，得组分B；

S4、将步骤S1中剩余2/3混合液及组分A、组分B、酚醛树脂基体与玻璃纤维混合，对玻璃纤维进行改性处理，得浇注料，浇注料依次进行浇筑、固化和熟化，得到改性玻璃纤维树脂复合材料，使石墨烯材料均匀分散于树脂中，增强材料的机械性能。

所述硅烷偶联剂为一端带有氨基的硅烷偶联剂；所述石墨烯为单层石墨烯；所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。

在步骤S4中，所述步骤S1中剩余的2/3混合液、组分A、组分B、酚醛树脂基体、玻璃纤维质量比为0.2：0.3：0.1：0.1：1；在步骤S4中，所述酚醛树脂基体包括酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂；所述酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂的质量比为3∶1∶1.2；所述固化时间为10h。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1583MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1233MPa。

实施例2：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，包括：

S1、将石墨烯与质量分数为80%的硫酸溶液和质量分数为90%的硝酸溶液混合，搅拌均匀，得混合液；石墨烯与混合液的质量比为0.7:1，硫酸溶液和硝酸溶液质量比为1:0.5；

S2、将步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液混合，加入无水乙醇，超声处理1h，得组分A；步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液质量比为0.4:1；所述不饱和聚酯树脂为间苯型；

S3、将质量比为0.2:1的硅烷偶联剂与去离子水混合，搅拌40-60分钟，加入pH调节剂调节pH值为8，得组分B；

S4、将步骤S1中剩余的2/3混合液及组分A、组分B、酚醛树脂基体与玻璃纤维混合，对玻璃纤维进行改性处理，得浇注料，浇注料依次进行浇筑、固化和熟化，得到改性玻璃纤维树脂复合材料，使石墨烯材料均匀分散于树脂中。

所述硅烷偶联剂为一端带有氨基的硅烷偶联剂；所述石墨烯为单层石墨烯；所述玻璃纤维为碳纤维。

在步骤S4中，所述步骤S1中剩余的2/3混合液、组分A、组分B、酚醛树脂基体、玻璃纤维质量比为0.3：0.4：0.2：0.1：2；在步骤S4中，所述酚醛树脂基体包括酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂；所述酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂的质量比为3∶1∶1.2；所述固化时间为10h。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1595MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1239MPa。

实施例3：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，包括：

S1、将石墨烯与质量分数为80%的硫酸溶液和质量分数为90%的硝酸溶液混合，搅拌均匀，得混合液；石墨烯与混合液的质量比为0.8:1，硫酸溶液和硝酸溶液质量比为1:0.7；

S2、将步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液混合，加入无水乙醇，超声处理1.2h，得组分A；步骤S1中1/3的混合液与不饱和聚酯树脂浆液质量比为0.5:1；所述的不饱和聚酯树脂为乙烯基酯型；

S3、将质量比为0.3:1的硅烷偶联剂与去离子水混合，搅拌40-60分钟，加入pH调节剂调节pH值为8.5，得组分B；

S4、将步骤S1中剩余的2/3混合液及组分A、组分B、酚醛树脂基体与玻璃纤维混合，对玻璃纤维进行改性处理，得浇注料，浇注料依次进行浇筑、固化和熟化，得到改性玻璃纤维树脂复合材料，使石墨烯材料均匀分散于树脂中。

所述硅烷偶联剂为一端带有氨基的硅烷偶联剂；所述石墨烯为单层石墨烯；所述玻璃纤维为芳纶纤维。

在步骤S4中，所述步骤S1中剩余的2/3混合液、组分A、组分B、酚醛树脂基体、玻璃纤维质量比为0.5：0.7：0.5：0.4：2；在步骤S4中，所述酚醛树脂基体包括酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂；所述酚醛树脂、聚芳醚酮和环氧树脂的质量比为5∶1∶1.2；所述固化时间为12h。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1591MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1242MPa。

实施例4：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述石墨烯为单层石墨烯和多层石墨烯的任意组合，本实施例采用单层石墨烯和多层石墨烯的质量比为2:3。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1583MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1237MPa。

实施例5：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述石墨烯为单层石墨烯和多层石墨烯的任意组合，本实施例采用单层石墨烯和多层石墨烯的质量比为2:1。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1580MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1236MPa。

实施例6：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述石墨烯为多层石墨烯。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1585MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1237MPa。

实施例7：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述石墨烯为氧化石墨烯。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1591MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1239MPa。

实施例8：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的任意组合，本实施例采用单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯的质量比例为1:2:1。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1590MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1240MPa。

实施例9：

本实施例涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的任意组合，本实施例采用单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯的质量比例为2:2:3。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1593MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1239MPa。

实施例10：

发明涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述步骤S1中剩余的2/3混合液、组分A、组分B、酚醛树脂基体、玻璃纤维质量比为0.4：0.5：0.4：0.5：4。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1592MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1240MPa。

实施例11：

发明涉及的一种改性玻璃纤维树脂复合材料制备方法，与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述步骤S1中剩余的2/3混合液、组分A、组分B、酚醛树脂基体、玻璃纤维质量比为0.5：0.7：0.5：0.6：5。

本实施例按照GB3354-82标准测试复合材料拉伸强度为1593MPa；按照GB3356-82标准测试复合材料弯曲强度为1242MPa。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。