一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及树脂材料制备技术领域，公开了一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法。本发明专利技术包括以下重量份数的组分：环氧树脂100份、改性水玻璃粉末4.5–8份、短纤维5–25份、固化剂80–85份和添加剂3份。本发明专利技术密度小、弯曲强度高。

【技术实现步骤摘要】
一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法
本专利技术涉及树脂材料制备
，特别是涉及一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法。
技术介绍
环氧树脂原料易得，产量大，成本低，具有优良的粘结性、电绝缘性、机械性能、耐腐蚀性等，因此在国民经济的许多领域得到广泛应用。尤其是近些年环氧树脂及其复合材料在建筑加固和汽车轻量化等方面得到了越来越多的应用。人们在建筑和汽车领域对高强轻量的追求一直没有停歇，轻量化是设计、材料和先进的加工成形技术的优势集成。可见轻量化实际上是性能提高、重量降低、结构优化、价格合理四方面相结合的一个系统工程。材料的轻量化已经成为一个发展趋势，如何在不降低材料力学性能的情况下实现材料密度的大幅降低，这将对材料轻量化的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种密度小、弯曲强度高的一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法。解决的技术问题是：现有的环氧树脂复合材料的密度与强度的平衡研究难度较大，密度较小的复合材料抗弯强度会有明显的下降，无法满足使用要求；强度满足要求的材料密度无法减小太多，实际应用上仍存在很大的不便。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，包括以下重量份数的组分：环氧树脂100份、改性水玻璃粉末4.5–8份、短纤维5–25份、固化剂80–85份和添加剂3份。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，进一步的，所述改性水玻璃粉末包括以下重量份数的组分：水玻璃100份、聚磷酸铵10–25份、去离子水20–40份和偶联剂0.5–5份。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，进一步的，所述水玻璃的模数为3-3.7，波美度为37-40。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，进一步的，所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷和十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或几种。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，进一步的，所述短纤维为玻璃短纤维、碳纤维短纤维、玄武岩短纤维、芳纶短纤维和聚酰亚胺短纤维中的一种或几种。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，进一步的，所述短纤维为长度1mm-10mm的经过硅烷偶联剂表面处理的改性短纤维。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料，进一步的，所述添加剂为UV-吸收剂、抗氧化剂、阻燃剂、脱模剂、消泡剂、纳米颗粒和稳定剂中的一种或多种。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、备料：按照以下重量份数进行备料：环氧树脂100份、改性水玻璃粉末4.5–8份、短纤维5–25份、固化剂80–85份和添加剂3份；步骤二、将改性水玻璃粉末、短纤维、固化剂、添加剂分散于环氧树脂中，混合均匀；步骤三、将混合物料填充至模具中，高温条件下制得环氧树脂基轻质复合材料。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料的制备方法，进一步的，步骤三中模具的合模压力为2–8Mpa，模具均匀升温至95–100℃维持120min，然后升温至145–150℃维持120min，最后冷却至室温。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料的制备方法，进一步的，所述改性水玻璃粉末，具体按照以下方法制备而成：S1、备料：按照以下重量份数进行备料：水玻璃100份、聚磷酸铵10–25份、去离子水20–40份和偶联剂0.5–5份；S2、将聚磷酸铵搅拌分散于去离子水中，得到聚磷酸铵分散液；S3、将聚磷酸铵分散液和偶联剂搅拌加入到水玻璃中得到混合溶液；S4、将S3所得的混合溶液于60℃条件下静置并干燥，得到改性水玻璃；S5、将S4所得的改性水玻璃粉碎研磨成小于5μm的粉末。本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术制备得到的复合材料在弯曲强度不降低的情况下获得密度至少25％的降低效果。本专利技术以环氧树脂为基础材料，依靠环氧树脂和固化剂分子间的化学反应而实现环氧树脂的固化，同时利用改性水玻璃粉末受热体积会发生大倍率膨胀的特性，使得添加了改性水玻璃粉末的环氧树脂在加热条件下凝胶固化过程中形成疏松的多孔结构，从而降低了复合材料的密度。短纤维的加入保证了复合材料在大幅降低密度的同时力学性能没有发生明显的降低。轻质的特性使得环氧树脂复合材料的应用领域得以拓展，尤其是在汽车和建筑领域。具体实施方式本专利技术一种环氧树脂轻质复合材料按照以下方法制备，具体包括以下步骤：步骤一、备料：按照表1所示重量份数进行备料；其中使用的改性水玻璃粉末包括以下重量份数的组分：水玻璃100份、聚磷酸铵10–25份、去离子水20–40份和偶联剂0.5–5份；具体按照以下步骤制备而成：S1、备料：按照表2重量份数进行备料；其中使用的水玻璃的模数为3-3.7，波美度为37-40；模数为3-3.7的水玻璃按照本申请记载的方法进行改性后得到的改性粉末耐水性更好，强度更高，会对复合材料的耐水性和强度产生较大的影响；波美度为37-40的水玻璃较好的控制了改性水玻璃配方中硅酸钠的含量；其中偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷和十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或几种；S2、将聚磷酸铵搅拌分散于去离子水中，得到聚磷酸铵分散液；S3、将聚磷酸铵分散液和偶联剂搅拌加入到水玻璃中得到混合溶液；S4、将S3所得的混合溶液于60℃条件下静置并干燥，得到改性水玻璃；S5、将S4所得的改性水玻璃粉碎研磨成小于5μm的粉末。步骤二、将改性水玻璃粉末、短纤维、固化剂、添加剂分散于环氧树脂中，混合均匀；其中使用的短纤维为长度1mm-10mm的经过硅烷偶联剂表面处理的改性短纤维。短纤维为玻璃短纤维、碳纤维短纤维、玄武岩短纤维、芳纶短纤维和聚酰亚胺短纤维中的一种或几种。其中使用的添加剂为UV-吸收剂、抗氧化剂、阻燃剂、脱模剂、消泡剂、纳米颗粒和稳定剂中的一种或多种。步骤三、将混合物料填充至模具中，高温条件下制得环氧树脂基轻质复合材料；使用的模具为树脂浇注体弯曲试样模具；其中，模具的合模压力为2–8Mpa，模具均匀升温至95–100℃维持120min，然后升温至145–150℃维持120min，最后冷却至室温。这里使用的是组合式的装置，一般选用钢模具即可，将混合物料倒入钢模具内，并将模具放入平板硫化机的两平板间进行合模，合模压力控制为2–8Mpa，控制平板硫化机上下加热板的加热温度满足上述要求即可。表1制备实施例中各组分的重量份数上述制备实施例中使用的环氧树脂为E51，固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐。表2各制备例中改性水玻璃粉末中各组分的重量份数按照上述各重量份数的组分进行配比制得的轻质复合材料，进行基本的性能检测，具体的检测结果如表3所示。其中弯曲强度的测试方法：根据国家标准G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：环氧树脂100份、改性水玻璃粉末4.5–8份、短纤维5–25份、固化剂80–85份和添加剂3份。/n

【技术特征摘要】
1.一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：环氧树脂100份、改性水玻璃粉末4.5–8份、短纤维5–25份、固化剂80–85份和添加剂3份。


2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：所述改性水玻璃粉末包括以下重量份数的组分：水玻璃100份、聚磷酸铵10–25份、去离子水20–40份和偶联剂0.5–5份。


3.根据权利要求2所述的一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：所述水玻璃的模数为3-3.7，波美度为37-40。


4.根据权利要求2所述的一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷和十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：所述短纤维为玻璃短纤维、碳纤维短纤维、玄武岩短纤维、芳纶短纤维和聚酰亚胺短纤维中的一种或几种。


6.根据权利要求1所述的一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：所述短纤维为长度1mm-10mm的经过硅烷偶联剂表面处理的改性短纤维。


7.根据权利要求1所述的一种环氧树脂轻质复合材料，其特征在于：所述添加剂为UV-吸收剂、抗氧化剂、阻燃剂、脱模剂、消泡剂、纳米颗粒和稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，孙志鹏，屈建，秦杰，李艳稳，
申请(专利权)人：中国建筑股份有限公司，中建工程产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11