高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料的制备方法。

背景技术

BMC(Bulk Molding Compound)的全名是玻纤增强不饱和聚酯团状模塑料，是由不饱和聚酯树脂、有机添加剂、引发剂、粉状填料、增稠剂和短切玻璃纤维等组分混合而成的热固性复合材料。BMC具有很高的机械强度，良好的电绝缘性、抗静电性、抗漏电性、耐化学腐蚀等性能，因此广泛应用于电器部件、汽车部件和电子塑封等领域。目前BMC主要增长点来自于汽车工业，它可以应用在汽车仪表盘、转向机、散热器系统、保险杠及电子装置和低密度发动机罩上，据美国汽车复合材料联盟(ACA)报道，如果所有新轿车和卡车每辆都采用45千克的复合材料部件，若每年行驶16090千米.那么每年可节省2.27亿升汽油，在石油价格持续走高的今天，这种效果无论是对降低车的使用成本，还是对环保的重要贡献都是不言而喻的。

BMC应用在汽车领域关键点在于轻量化，这也是国内很多研究的关注点，但是大部分却又忽视了减轻剂的加入对力学性能的影响，一味地通过增加减轻剂的量来达到轻量化的目的，这就使得材料中容易产生缺陷，降低材料的整体强度，限制了其在汽车等交通工具领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料的制备方法，通过对基体树脂增强改性，提高树脂的强度，降低其黏度，实现空心玻璃微珠大比例填充；通过选用直径大小不同的空心玻璃微珠按一定比例搭配进行填充，提高空心玻璃微珠的堆积率，从而获得低密度、同时兼具优秀力学性能的轻质玻璃微珠增强团状模塑料。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轻质玻璃微珠增强团状模塑料，包括以下步骤：

(1)按比例称取15P500、38P5500和60P18000空心玻璃微珠，搭配、混合后获得待改性空心玻璃微珠的密度为0.15～0.60g/cm

(2)取A-171硅烷偶联剂，将其与乙醇溶液配成质量分数为10％的硅烷溶液，在50～60℃下搅拌45min混匀，按照与去离子水3:7的比例加入去离子水并充分搅拌10min，加入待改性空心玻璃微珠，充分继续搅拌1h，取出改性空心玻璃微珠并在120℃下烘干；

(3)取8～12重量份稀释剂加入40～60重量份环氧树脂中搅拌均匀，然后加入3～8重量份固化剂混合均匀，再将其与20～40重量份短切玻纤一起放入捏合机中捏合，捏合料再加入15～25重量份改性空心玻璃微珠并用低速搅拌器搅拌均匀，获得模压料；

(4)将模压料放至加热到65℃～85℃的金属模具中，压制成型，其中成型温度为80℃，成型压力为4～6MPa，保温时间60min，即可获得高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂CYD-128；短切玻纤为无碱玻纤，长度为4.5mm；稀释剂为丙酮；固化剂为HMDA。

环氧树脂具有活性大的环氧基团以及刚性好的苯环结构，所以环氧树脂固化后具备机械性能好、粘结强度大、力学性能高的优点，所以本发明用环氧树脂取代传统的不饱和聚酯树脂。在确定树脂基体后，空心玻璃微珠是关键，它既是减轻剂也是影响BMC力学性能的关键，因此为了有效降低BMC的密度，选择不同粒径的空心玻璃微珠，再根据粒度级配原理做合理搭配，为了达到低密度的效果，空心玻璃微珠的选择要求其密度小、粒径小、抗压强度高，本发明选用的空心玻璃微珠为安徽凯盛基础材料科技有限公司生产，其化学成分和性能如表1、表2所示：

表1空心玻璃微珠的化学成分

表2空心玻璃微珠的性能

针对空心玻璃微珠表面成分以及环氧树脂的自身性质选择改性剂A-171。

空心玻璃微珠的密度可由下式计算获得：

其中，ρ为空心玻璃微珠的级配混合后密度；x为15P500的质量分数；y为38P5500的质量分数；z为60P18000的质量分数。

本发明利用环氧树脂代替传统的不饱和聚酯树脂作为基体树脂，选择不同粒径的空心玻璃微珠，再根据粒度级配原理做合理搭配，提高空心玻璃微珠的堆积率。为了达到低密度的效果，空心玻璃微珠的选择要求其密度小、粒径小、抗压强度高。通过对基体树脂进行增强改性，提高基体树脂的强度，降低其黏度，实现空心玻璃微珠大比例填充。从而获得低密度、同时兼具优秀力学性能的轻质玻璃微珠增强团状模塑料。

具体实施方式

以下通过下面给出的实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。

实施例1

(1)按照15P500：38P5500：60P18000＝3:6:1的比例称取适量空心玻璃微珠，搭配、混合后获得空心玻璃微珠的密度为0.2g/cm

(2)取A-171硅烷偶联剂，将其与乙醇溶液配成质量分数为10％的硅烷溶液，在50～60℃下搅拌45min混匀，按照与去离子水3:7的比例加入去离子水并充分搅拌10min，加入待改性空心玻璃微珠充分继续搅拌1h，捞出在烘箱中120℃下烘干；

(3)取10重量份丙酮加入到50重量份环氧树脂中搅拌均匀，然后加入5重量份HMDA混合均匀，再将其与20重量份短切玻纤一起放入捏合机中捏合，捏合料再加入20重量份改性空心玻璃微珠并用低速搅拌器搅拌均匀，获得模压料；

(4)将模料放至加热到85℃的金属模具中，压制成型，其中成型温度80℃，成型压力4MPa，保温时间60min，即可获得高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料。

实施例2

(1)按照15P500：38P5500：60P18000＝3:6:1的比例称取适量空心玻璃微珠，搭配、混合后获得微珠的密度为0.27g/cm

(2)取A-171硅烷偶联剂，将其与乙醇溶液配成质量分数为10％的硅烷溶液，在50～60℃下搅拌45min混匀，按照与去离子水3:7的比例加入去离子水并充分搅拌10min，加入待改性空心玻璃微珠充分继续搅拌1h，捞出在烘箱中120℃下烘干；

(3)取10重量份稀释剂丙酮加入50重量份环氧树脂中搅拌均匀，然后加入5重量份固化剂HMDA混合均匀，再将其与25重量份短切玻纤一起放入捏合机中捏合，捏合料再加入20重量份改性空心玻璃微珠并用低速搅拌器搅拌均匀，获得模压料；

(4)将模料放至加热到75℃的金属模具中，压制成型，其中成型温度80℃，成型压力5MPa，保温时间60min，即可获得高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料。

实施例3

((1)按照15P500：38P5500：60P18000＝1:3:6的比例称取适量空心玻璃微珠，搭配、混合后获得微珠的密度为0.41g/cm

(2)取A-171硅烷偶联剂，将其与乙醇溶液配成质量分数为10％的硅烷溶液，在50～60℃下搅拌45min混匀，按照与去离子水3:7的比例加入去离子水并充分搅拌10min，加入待改性空心玻璃微珠充分继续搅拌1h，捞出在烘箱中120℃下烘干；

(3)取10重量份稀释剂丙酮加入50重量份环氧树脂中搅拌均匀，然后加入5重量份固化剂HMDA混合均匀，再将其与50重量份短切玻纤一起放入捏合机中捏合，捏合料再加入20重量份改性空心玻璃微珠并用低速搅拌器搅拌均匀，获得模压料；

(4)将模料放至加热到65℃的金属模具中，压制成型，其中成型温度80℃，成型压力6MPa，保温时间60min，即可获得高性能轻质玻璃微珠增强团状模塑料。

性能测试：

空心玻璃微珠的密度按照GB/T21782.3-2008粉末涂料，第3部分：液体置换比重瓶法测定密度进行测定。空心玻璃微珠的抗压强度按照JC/T2284-2014空心玻璃微珠抗等静压强度(水压法)进行测定。BMC的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别按照GB/T1447-2005纤维增强塑料拉伸强度的测试方法和GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能测试方法、GB/T1843-2008塑料悬臂梁冲击强度的测定进行测试，测得的轻质玻璃微珠增强团状模塑料的各项性能参数如表3所示：

表3轻质玻璃微珠增强团状模塑料性能参数

从性能测试结果来看，添加根据级配原理调配的空心玻璃微珠的BMC材料密度深度可控，且力学参数下降可控制在可接受范围内，说明通过选择适宜的树脂体系、空心玻璃微珠级配调控和表面改性，完全可以制备性能优异的BMC复合材料。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出原料配比等的些许调整，这些也应视为属于本发明的保护范围。