一种芳纶浆粕增强光固化树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是一种芳纶浆柏增强光固化树脂复合 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 光固化技术由德国Bayer公司1968年率先应用于紫外光（UV)固化涂料工艺，当 时光固化树脂体系主要由不饱和聚酯树脂、苯乙烯及光敏引发剂等组成。与传统的热固化 技术相比，光固化技术具有节能、无污染、固化速度快、可室温固化、可选择固化部位及制品 物理力学性能好等优点，已被广泛用于印刷制版、感光材料、医用材料、透明件粘接等方面。 光固化树脂体系由光交联预聚物、活性稀释剂、光敏引发剂等基本组分组成，配以各种添加 剂如着色剂、触变剂、偶联剂、流平剂、抗氧剂、增粘剂等，即可制备出各种不同性能和用途 的涂料、油墨及粘接剂。
[0003] 芳纶浆柏（PPTA-pulp)纤维是芳纶纤维的一类差别化产品，是对芳纶纤维进行表 面原纤化处理之后得到的，具有优异的耐磨性，尤其是高温下非常稳定，不会对机器造成磨 损，由于其较大的比表面，与基体树脂共混时可以保证一定的接触面，提高填料与基体树脂 的界面结合性，极大地提高了混合物的抓附力，非常适合作为一种增强纤维使用。芳纶浆 柏纤维及其增强复合材料在工业上得到了广泛应用，如汽车离合器、刹车片、高性能工程塑 料、轮胎、密封垫片等，国内的芳纶浆柏的应用主要用于航空器材，目前并未得到较广应用， 需要对芳纶浆柏工艺进一步改善，提高浆柏的性价比，改善浆柏与基体树脂的界面结合。
[0004] 为了改善光固化制品性能，增强制品某方面的特殊性能，国内外科学家做了很多 方面的尝试，添加增强材料是主要的方式之一。在不同基体材料中加入性能不同的增强材 料，其目的在于获得更为优异的复合材料。包括添加无机离子，高聚物等，MatthiasGurr 等将粒径为20nm的二氧化硅添加到丙烯酸酯光固化体系中，得到了透明的丙烯酸酯纳米 复合材料，并且该复合材料的杨氏模量达到1700MPa。AsmussenE等采用玻璃或石英粉体 增强的光固化树脂基复合材料，以其操作方便、塑型能力强、固化时间短等特点在牙科修复 领域实现了商品化。由于光固化反应其能量主要来源于各种光线，随着光在树脂中的传播 能量逐渐降低，同时又因为增强材料和各种添加剂对光的吸收，反射、漫射等，光线能量衰 减更为显著，从而使固化深度受到了很大限制。因此对作为光固化树脂基复合材料的增强 材料就有了更高的要求。用芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料尚未见相关报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种力学性能均达到产品要求的高强度的芳纶浆柏增强 光固化树脂复合材料。
[0006] 本发明的另一目的还在于提供一种上述芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料的制 备方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是： 一种芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料，其组分以重量份计算： 光固化树脂 93-99份 芳纶浆柏 1-7份 有机硅酸酯偶联剂 0. 5-1. 5份 有机钛酸酯偶联剂 0. 5-1. 5份。
[0008] 上述芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤： 将1-7份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪中处理15-60分钟，然后分别加入0. 5-1. 5 份有机硅酸酯偶联剂和0. 5-1. 5份有机钛酸酯偶联剂搅拌均匀；将上述溶液加入93-99份 光固化树脂中，置于匀浆机搅拌均匀，即可制成芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料。
[0009] 优选的，所述光固化树脂为光固化丙烯酸类树脂和甲基丙烯酸酯类及其它烯烃单 体共聚制成的，分子量在5000~20000，选自其中的一种或者两种的混合物。
[0010] 优选的，所述芳纶浆柏的纤维长度为1. 8±0. 4mm，密度为1. 03-1. 04g/cm3。
[0011] 优选的，所述有机硅酸酯偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ- (2,3-环氧丙 氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或者几种的混合 物。
[0012] 优选的，所述有机钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯 型钛酸酯偶联剂、螯合型钛酸酯偶联剂和配位体型钛酸酯偶联剂中的一种或者几种的混合 物。
[0013] 优选的，所述低温等离子体处理仪抽速为4L/S，背底真空度<10Pa，工作真空度 10-80Pa内连续可调。
[0014] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明利用芳纶浆柏作为增强材料 自身的优势，依靠其复合作用，利用纤维的高强度以承受应力，利用基体树脂的塑性流动及 其与纤维的粘结性以传递应力，制备高强度的芳纶浆柏增强光固化树脂，提供一种力学性 能达到产品要求的复合材料。本发明具有力学性能好，与短玻纤增强光固化树脂复合材料 相比，这种复合材料质轻，可用于3D打印材料，建筑材料、汽车工业等。
【具体实施方式】
[0015] 以下通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施 例发明范围中。
[0016] 以下实施例所采用的光固化树脂为常州龙途新材料科技有限公司生产的 SP-RD204光固化树脂，芳纶浆柏为上海兰邦工业纤维有限公司的"金蜘蛛"DFP-103,低温等 离子体表面处理仪为苏州市奥普斯等离子体科技有限公司SY-DT01。
[0017] 实施例1 将1份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪，抽速为4L/S，背底真空度<10Pa，工作真空 度10-80Pa内连续可调，处理15分钟，然后分别加入0. 5份有机硅酸酯偶联剂KH-550和 〇. 5份有机钛酸酯偶联剂NXT-105搅拌均匀。将处理好的PPTA-pulp加入光固化树脂中，置 于匀浆机搅拌均匀，使用3D打印机打印出标准力学性能测试样条，然后按照下述评价方法 测试其性能。
[0018] 实施例2 将3份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪，抽速为4L/S，背底真空度<10Pa，工作真空 度10-80Pa内连续可调，处理30分钟，然后分别加入0. 8份有机硅酸酯偶联剂KH-550和 〇. 8份有机钛酸酯偶联剂NXT-105搅拌均匀。将处理好的PPTA-pulp加入光固化树脂中，置 于匀浆机搅拌均匀，使用3D打印机打印出标准力学性能测试样条，然后按照下述评价方法 测试其性能。
[0019] 实施例3 将5份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪，抽速为4L/S，背底真空度<10Pa，工作真空 度10-80Pa内连续可调，处理45分钟，然后分别加入1份有机硅酸酯偶联剂KH-550和1份 有机钛酸酯偶联剂NXT-105搅拌均匀。将处理好的PPTA-pulp加入光固化树脂中，置于匀 浆机搅拌均匀，使用3D打印机打印出标准力学性能测试样条，然后按照下述评价方法测试 其性能。
[0020] 实施例4 将7份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪，抽速为4L/S，背底真空度<10Pa，工作真空 度10-80Pa内连续可调，处理60分钟，然后分别加入1. 5份有机硅酸酯偶联剂KH-550和 1. 5份有机钛酸酯偶联剂NXT-105搅拌均匀。将处理好的PPTA-pulp加入光固化树脂中，置 于匀浆机搅拌均匀，使用3D打印机打印出标准力学性能测试样条，然后按照下述评价方法 测试其性能。
[0021] 对比例1 将5份芳纶浆柏不进行低温等离子体处理仪处理，分别加入1份有机硅酸酯偶联剂KH-550和1份有机钛酸酯偶联剂NXT-105搅拌均匀。将处理好的PPTA-pulp加入光固化树 脂中，置于匀浆机搅拌均匀，使用3D打印机打印出标准力学性能测试样条，然后按照下述 评价方法测试其性能。
[0022] 对比例2 将5份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪中处理45分钟，将处理好的PPTA-pulp加入 光固化树脂中，置于匀浆机搅拌均匀，使用3D打印机打印出标准力学性能测试样条，然后 按照下述评价方法测试其性能。
[0023] 表1实施例与对比例不同组分与测试性能
注：SP-RD204光敏树脂，粘度为350mPa. s，拉伸强度为26. 56MPa，断裂伸长率为36. 80%，冲击强度为18. 61KJ/m2。
[0024] 从表1中的数据可以看出，随着芳纶浆柏含量的不断增加，复合材料的拉伸强度 和冲击强度均先增大后减小，当PPTA-pulp含量为5份时，材料的力学性能最佳。
【主权项】
1. 一种芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料，其特征在于，其组分以重量份计算： 光固化树脂 93-99份 芳纶浆柏 1-7份 有机硅酸酯偶联剂 0. 5-1. 5份 有机钛酸酯偶联剂 0. 5-1. 5份。2. 如权利要求1所述的芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料，其特征在于，所述光固 化树脂为光固化丙烯酸类树脂和甲基丙烯酸酯类及其它烯烃单体共聚制成的，分子量在 5000~20000,选自其中的一种或者两种的混合物。3. 如权利要求1所述的芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料，其特征在于，所述芳纶浆 柏的纤维长度为1. 8±0. 4mm，密度为1. 03-1. 04g/cm3。4. 如权利要求1所述的芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料，其特征在于，所述有机硅 酸酯偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ- (2, 3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲 基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或者几种的混合物。5. 如权利要求1所述的芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料所述有机钛酸酯偶联剂为 单烷氧基型钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂、螯合型钛酸酯偶联剂和配 位体型钛酸酯偶联剂中的一种或者几种的混合物。6. -种如权利要求1所述的芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料的制备方法，其特征在 于，包括以下步骤： 将1-7份芳纶浆柏放入低温等离子体处理仪中处理15-60分钟，然后分别加入0. 5-1. 5 份有机硅酸酯偶联剂和0. 5-1. 5份有机钛酸酯偶联剂搅拌均匀；将上述溶液加入93-99份 光固化树脂中，置于匀浆机搅拌均匀，即可制成芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料。7. 如权利要求6所述的芳纶浆柏增强光固化树脂复合材料的制备方法，其特征在于， 所述低温等离子体处理仪抽速为4L/S，背底真空度<10Pa，工作真空度10-80Pa内连续可 调。
【专利摘要】一种芳纶浆粕增强光固化树脂复合材料，其组分以重量份计算：光固化树脂93-99份；芳纶浆粕1-7份；有机硅酸酯偶联剂0.5-1.5份；有机钛酸酯偶联剂0.5-1.5份。本发明利用芳纶浆粕作为增强材料自身的优势，依靠其复合作用，利用纤维的高强度以承受应力，利用基体树脂的塑性流动及其与纤维的粘结性以传递应力，制备高强度的芳纶浆粕增强光固化树脂，提供一种力学性能达到产品要求的复合材料。本发明具有力学性能好，与短玻纤增强光固化树脂复合材料相比，这种复合材料质轻，可用于3D打印材料，建筑材料、汽车工业等。本发明还公开了芳纶浆粕增强光固化树脂复合材料的制备方法。
【IPC分类】C08K5/544, C08J5/06, C08L77/10, C08L33/10, C08K5/5435, C08K5/10, C08K5/5425, C08K5/521, C08L33/00
【公开号】CN105273345
【申请号】CN201510736608
【发明人】包海峰, 张靖, 金良, 黄少威, 刘石, 叶宇柔
【申请人】东莞智维立体成型股份有限公司, 武汉纺织大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月3日