阻燃玻璃钢的生产工艺

技术领域

本发明涉及玻璃钢生产领域，具体涉及一种阻燃玻璃钢的生产工艺。

背景技术

玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、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，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。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，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。

FRB特性

(1)轻质高强

相对密度在1.5-2.0之间，只有碳钢的1/4-1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。

(2)耐腐蚀性能好

FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。

(3)电性能好

是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。

(4)热性能良好

FRP热导率低，室温下为1.25-1.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/100-1/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。

(5)可设计性好

①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。②可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。

(6)工艺性优良

①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。

FBR存在的缺点

不能要求一种FRP来满足所有要求，FRP不是万能的，FRP也有以下一些不足之处。

(1)弹性模量低：FRP的弹性模量比木材大两倍，但仅是钢（E=2.1×106）的十分之一，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形。可以做成薄壳结构、夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。

(2)长期耐温性差：一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧FRP在60℃以上，强度有明显下降。但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200-300℃是可能的。

(3)老化现象：老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。

(4)层间剪切强度低：层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。

FBR生产方法

FRP生产方法基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。

①手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。

②喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。

③模压法：主要使用国家有德国等。

④RTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。

我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的，其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本的手糊法仍占50%。从世界各国来看，手糊法仍占相当比重，说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型，设备简单，费用少，一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低，生产周期长，质量不稳定。近年来，我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备，随着FRP工业的发展，新的工艺方法将会不断出现。

FBR在我国学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”，这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958年提出的，由建材系统扩至全国，现在还普遍地采用着。由此可见，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，无疑地，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面了。

FRP玻璃钢复合板在轨道交通和机场建设防火和强度技术要求见表1，防火等级技术要求见表2

表1FRP玻璃钢复合板在轨道交通和机场建设防火和强度技术要求

表2防火等级技术要求

被测样品火焰传播指数是5，烟雾发展指数45，符合内墙和天花板装饰材料CLASSA级别要求。

发明内容

本发明目的提出一种阻燃玻璃钢的生产工艺，设计工艺完善，操作安全，优化添加型不饱和聚酯树脂的制备工艺条件，使开发的玻璃钢能满足行业标准。

本发明的技术方案：

阻燃玻璃钢的生产工艺，所述的阻燃玻璃钢的生产工艺中分别采用二溴新戊二醇、甲基磷酸二甲酯作为阻燃添加剂，制备阻燃不饱和聚酯树脂，并借助傅立叶红外光谱、核磁共振光谱和质谱对其结构进行验证分析；在经过表面处理的模具成型面上涂抹脱模剂，待充分干燥后，将上述制备的加有固化剂和促进剂的阻燃不饱和聚酯树脂涂刷在模具成型面上，随后在其上铺放裁剪好的玻璃毡作为增强材料，重复此铺层操作，厚度控制在5mm左右，然后进行固化脱模，获得阻燃玻璃钢。

所述采用二溴新戊二醇作为阻燃添加剂，制备阻燃不饱和聚酯树脂，具体步骤如下：

1）将620克二溴新戊二醇、100克顺丁烯二酸酐、160克邻苯二甲酸酐克和170毫升邻二甲苯依次加入到四口烧瓶中，氮气保护下搅拌，加热反应体系到150℃左右，保持反应温度约6小时，常压蒸馏分离出体系中的水；将反应体系再升温至170℃，减压分馏除邻二甲苯，获得二溴新戊二醇不饱和聚酯树脂；

2）控制体系温度为140℃，向四口烧瓶内依次加入500克辅助树脂、300克苯乙烯和480克甲基丙烯酸甲酯，再加入1%过氧化环己酮和2%萘酸钴的苯乙烯溶液，搅拌均匀后，降温，室温固化15小时，得到二溴新戊二醇不饱和聚酯树脂固化物；

3）铺层工艺，自下往上依次铺设300g/m

所述采用甲基磷酸二甲酯作为阻燃添加剂，制备阻燃不饱和聚酯树脂，具体步骤如下：

1）将500克107型不饱和树脂、50克甲基磷酸二甲酯、100克苯乙烯和80克甲基丙烯酸甲酯加入到四口烧瓶中，再加入1%过氧化环己酮和2%萘酸钴的苯乙烯溶液，搅拌均匀后，降温，室温固化24小时后再80℃固化2小时，得到甲基磷酸二甲酯添加型不饱和聚酯树脂固化物；

2）铺层工艺，自下往上依次铺设300g/m

本发明的优点是阻燃玻璃钢的生产工艺中分别采用二溴新戊二醇、甲基磷酸二甲酯作为阻燃添加剂，制备阻燃不饱和聚酯树脂，借助傅立叶红外光谱、核磁共振光谱和质谱等对其结构进行验证分析；研究二溴新戊二醇和甲基磷酸二甲酯阻燃剂对玻璃钢的透光性、耐老化性、物理机械性以及阻燃性的影响，并探讨其阻燃机理；优化添加型不饱和聚酯树脂的制备工艺条件，使开发的玻璃钢能满足行业标准。

具体实施方式

实施例1

阻燃玻璃钢的生产工艺，所述采用二溴新戊二醇作为阻燃添加剂，制备阻燃不饱和聚酯树脂；具体步骤如下：

1）将620克二溴新戊二醇、100克顺丁烯二酸酐、160克邻苯二甲酸酐克和170毫升邻二甲苯依次加入到四口烧瓶中，氮气保护下搅拌，加热反应体系到150℃左右，保持反应温度约6小时，常压蒸馏分离出体系中的水；将反应体系再升温至170℃，减压分馏除邻二甲苯，获得二溴新戊二醇不饱和聚酯树脂；

2）控制体系温度为140℃，向四口烧瓶内依次加入500克辅助树脂、300克苯乙烯和480克甲基丙烯酸甲酯，再加入1%过氧化环己酮和2%萘酸钴的苯乙烯溶液，搅拌均匀后，降温，室温固化15小时，得到二溴新戊二醇不饱和聚酯树脂固化物；

3）铺层工艺，自下往上依次铺设300g/m

实施例2

阻燃玻璃钢的生产工艺，，具体步骤如下：

所述采用甲基磷酸二甲酯作为阻燃添加剂，制备阻燃不饱和聚酯树脂，具体步骤如下：

1）将500克107型不饱和树脂、50克甲基磷酸二甲酯、100克苯乙烯和80克甲基丙烯酸甲酯加入到四口烧瓶中，再加入1%过氧化环己酮和2%萘酸钴的苯乙烯溶液，搅拌均匀后，降温，室温固化24小时后再80℃固化2小时，得到甲基磷酸二甲酯添加型不饱和聚酯树脂固化物；

2）铺层工艺，自下往上依次铺设300g/m

通过本发明制造方法生产的阻燃玻璃钢性能见表3，阻燃等级达到CLASSA，最高使用温度达到200℃，受压强度达到365N/mm2。本发明通过改进FRP板的材料的的选型，新的成型工艺，制成高阻燃的玻璃钢材料，广泛应用于地铁轨道交通，电气、汽车、轨道交通、建筑、飞机机场建设等防火等级为A级要求的行业。表3 发明产品的技术指标。