本发明属于玻璃纤维复合材料制备
技术领域：
，提供了一种一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法。
背景技术：
：玻璃纤维是一种优良的功能材料和结构材料，成为替代钢材、木材、水泥等传统材料的重要复合增强新材料。随着市场经济的迅速发展，玻璃纤维成为建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等行业必不可少的原材料。由于在多个领域得到广泛应用，因此，玻璃纤维日益受到人们的重视。全球玻纤生产消费大国主要是美国、欧洲、日本等发达国家，其人均玻纤消费量较高。中国玻璃纤维行业近几年的快速发展，动力来自国内和国外两个市场的拉动。国际市场的扩大，既有总需求增长的因素，也有来自国际企业前期因利润率较低退出行业后，给国内企业在国际市场留下的发展空间；而国内市场的增长，则是来自下游消费行业的快速发展。中国玻璃纤维经过了50多年的发展，已经颇具规模。2007年我国玻璃纤维产量达到165万吨，到2015年我国玻璃纤维行业产量约592.7万吨，使得我国成为世界玻纤生产第一大国。2015年上半年我国玻璃纤维及制品制造行业规模以上企业数量752家，目前在全球范围内玻纤行业仍然是保持增长活力的朝阳行业。玻璃纤维作为一种增强材料，具有高强度、低伸缩、耐腐蚀、电绝缘、不易燃烧等优异性能，但也同时有着性脆、不耐磨、加工性能差等缺点，因此必须用玻纤浸润剂进行针对性处理，处理后可在表i安涂覆一层成膜物质，其加工性能大大改善，并可产生较强粘合作用。以玻璃纤维基体的板材具有隔热性能，是一种优良的隔热材料。在使用中发现，普通的玻璃纤维基体的板材的性能已经越来越不能满足实际的需求，聚四氟乙烯具有较好的抗腐蚀性，常用于包覆在金属构件的表面，构成防腐层，但聚四氟乙烯板材的粘结性能较差，不易粘结到金属上，因此，现在一般是在聚四氟乙烯板材上复合玻璃纤维布，这样可比较容易地粘结到金属上，但这种聚四氟乙烯复合板材存在下列缺陷：易破裂损坏，使用寿命短。因此，需要设计与研制新型结构的以玻璃纤维为基体的隔热材料的制备方法。针对这种情况，我们提出一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法。其特征是先将聚氨酯材料喷涂在玻璃纤维上使得它们有机组合在一起，然后再与聚四氟乙烯板经高温高压热熔复合为一体，制得一种玻璃纤维复合板材，本发明的玻璃纤维复合板材具有良好的力学性能、耐高温、耐腐蚀，使用寿命长。技术实现要素：本发明的目的是提供一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，所得板材具有良好的各项力学性能，且耐高温、耐腐蚀，使用寿命长达10年以上，同时增加了玻璃纤维与聚四氟乙烯的界面结合，界面粘接强度高，整个方法制备过程简单，产品质量可控性强，且能耗低，生产成本低，可实现大规模工业化生产。本发明涉及的具体技术方案如下：一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，首先在干燥的惰性气体保护下，得到阴离子水性聚氨酯乳液，与助剂一起配制成聚氨酯浸润剂，然后将聚氨酯浸润剂喷涂在玻璃纤维表面，待真空干燥后得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料，最后与聚四氟乙烯板叠合，经处理后得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，具体步骤如下：（1）在干燥的惰性气体保护下，将聚酯二元醇、蓖麻油、催化剂按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入亲水扩链剂及交联剂，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌10~20min，然后在去离子水中高速分散，并加入乙二胺扩链，搅拌20~40min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；（2）将步骤（1）制得的聚氨酯乳液与偶联剂、润滑剂、润湿剂、抗静电剂等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；（3）将步骤（2）制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度，再恒温加压，达到预定压力后保压10~20min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。优选的，步骤（1）所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、五甲基二乙烯三胺或二甲基环己胺；优选的，步骤（1）所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟基半酯；优选的，步骤（1）所述交联剂为三羟甲基丙烷、二亚乙基三胺或过氧化二异丙苯；优选的，步骤（1）所述蓖麻油的加入量为聚酯二元醇质量的5~8%，催化剂加入量为聚酯二元醇质量的0.5~1%；优选的，步骤（1）所述亲水扩链剂的加入量为聚酯二元醇质量的2~7%，交联剂加入量为聚酯二元醇质量的2~4%；优选的，步骤（1）所述乙二胺的加入量为乳液总质量的50~80%；优选的，步骤（2）所述偶联剂为硅烷偶联剂，如kh550、kh560或kh570，其加入量为聚氨酯乳液质量的0.2~1.0%；优选的，步骤（2）所述润滑剂为硅油、脂肪酸酰胺或油酸，其加入量为聚氨酯乳液质量的0.1~0.3%；优选的，步骤（2）所述润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚或聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物，其加入量为聚氨酯乳液质量的0.1~0.3%；优选的，步骤（2）所述抗静电剂为乙氧基化脂肪族烷基胺，如乙氧基月桂酷胺、甘油-硬脂酸酯，其加入量为聚氨酯乳液质量的0.1~0.2%；优选的，步骤（2）所述真空干燥时，先在60~65℃下干燥4~5h，然后升温至90~95℃下干燥2~3h；优选的，步骤（3）所述最高升温温度为200~250℃，最高加压压力为40~60mpa。一种高寿命玻璃纤维复合板材，其特征在于由上述方法制备得到。我们采用异氟尔酮二异氰酸酯与聚酯二元醇为主要原料，通过预聚体法合成阴离子水性聚氨酯乳液，用于喷涂于玻璃纤维表面，增强玻璃纤维与聚四氟乙烯板材的界面结合作用。用乙二胺扩链，由于扩链剂上的两个活泼氢都可以与-nco反应，形成一定程度的交联，有利于改善耐水性及耐溶剂性。由于乙二胺对乳液稳定性及外观的影响，其应该在乳化完全之后再进行滴加。随着-nco含量的增加，脲键增多，硬段微区的结晶能力增强，起到物理交联点的作用，使材料的拉伸强度提高，断裂伸长率率率下降。但过多的-nco易于水反应，难以控制，使乳液粒径变大，稳定性变差，因此，应控制好异氟尔酮二异氰酸酯与聚酯二元醇的份量。而亲水扩链剂的使用会降低胶膜的耐水性，在满足反应需要的前提下应尽量减少。蓖麻油的使用，能提高材料的强度，降低吸水率，但会明显降低材料韧性，其用量应有效控制。在整个制备过程中，阴离子水性聚氨酯乳液的制备过程尤为重要，其质量直接关系到喷涂效果及玻璃纤维与聚四氟乙烯板材的压制结合强度，对所得复合材料的界面强度，力学性能，耐温性能，抗腐蚀性能及使用寿命，具有重要影响。本发明提供了一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本发明制备的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材具有良好的各项力学性能，且耐高温、耐腐蚀，使用寿命长达10年以上。2.本发明采用自制的阴离子水性聚氨酯乳液喷涂于玻璃纤维表面形成膜结构，增加了玻璃纤维与聚四氟乙烯的界面结合，界面粘接强度高。3.本发明的方法制备过程简单，产品质量可控性强，且能耗低，生产成本低，可实现大规模工业化生产。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。实施例1一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.5kg蓖麻油、0.1kg二丁基二月桂酸锡按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.5kg二羟甲基丙酸及0.3kg二亚乙基三胺，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌15min，然后在去离子水中高速分散，并加入12kg乙二胺扩链，搅拌30min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.25kgkh550、0.06kg脂肪酸酰胺、0.06kg聚氧乙烯烷基酚醚、0.04kg乙氧基月桂酷胺等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在65℃下干燥5h，然后升温至90℃下干燥2h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至250℃，再恒温加压，压力达到40mpa后保压20min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例1得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例1得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。实施例2一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.7kg蓖麻油、0.06kg五甲基二乙烯三胺按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.5kg二羟基半酯及0.4kg三羟甲基丙烷，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌20min，然后在去离子水中高速分散，并加入14kg乙二胺扩链，搅拌40min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.28kgkh570、0.07kg硅油、0.07kg聚氧乙烯脂肪醇醚、0.04kg甘油-硬脂酸酯等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在65℃下干燥4h，然后升温至90℃下干燥3h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至220℃，再恒温加压，压力达到45mpa后保压15min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例2得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例2得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。实施例3一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.8kg蓖麻油、0.08kg五甲基二乙烯三胺按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.6kg二羟基半酯及0.2kg三羟甲基丙烷，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌15min，然后在去离子水中高速分散，并加入10kg乙二胺扩链，搅拌30min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.15kgkh560、0.06kg脂肪酸酰胺、0.06kg聚氧乙烯脂肪醇醚、0.04kg乙氧基月桂酷胺等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在65℃下干燥4h，然后升温至90℃下干燥2.5h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至250℃，再恒温加压，压力达到60mpa后保压10min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例3得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例3得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。实施例4一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.5kg蓖麻油、0.05kg二丁基二月桂酸锡按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.7kg二羟甲基丙酸及0.3kg过氧化二异丙苯，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌10min，然后在去离子水中高速分散，并加入16kg乙二胺扩链，搅拌40min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.3kgkh570、0.07kg油酸、0.05kg聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、0.05kg乙氧基月桂酷胺等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在60℃下干燥5h，然后升温至90℃下干燥3h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至250℃，再恒温加压，压力达到50mpa后保压15min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例4得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例4得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。实施例5一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.5kg蓖麻油、0.09kg二甲基环己胺按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.4kg二羟基半酯及0.4kg二亚乙基三胺，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌15min，然后在去离子水中高速分散，并加入12kg乙二胺扩链，搅拌30min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.35kgkh550、0.06kg硅油、0.07kg聚氧乙烯烷基酚醚、0.05kg甘油-硬脂酸酯等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在60℃下干燥5h，然后升温至95℃下干燥2h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至230℃，再恒温加压，压力达到60mpa后保压10min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例5得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例5得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。实施例6一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.8kg蓖麻油、0.07kg二丁基二月桂酸锡按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.5kg二羟甲基丙酸及0.3kg三羟甲基丙烷，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌20min，然后在去离子水中高速分散，并加入14kg乙二胺扩链，搅拌20min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.4kgkh550、0.08kg脂肪酸酰胺、0.07kg聚氧乙烯脂肪醇醚、0.05kg乙氧基月桂酷胺等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在60℃下干燥4.5h，然后升温至90℃下干燥2.5h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至200℃，再恒温加压，压力达到40mpa后保压15min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例6得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例6得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。实施例7一种高寿命玻璃纤维复合板材及其制备方法，其制备复合板材的具体过程如下：在干燥的惰性气体保护下，将10kg聚酯二元醇、0.7kg蓖麻油、0.1kg二甲基环己胺按比例加入反应容器中，搅拌均匀并升温，然后缓慢滴加相应量的异氟尔酮二异氰酸酯，然后加入0.5kg二羟甲基丙酸及0.4kg过氧化二异丙苯，并加入一定量的丙酮以调节粘度。反应结束后，降低温度，加入三乙胺调节ph值，并搅拌10min，然后在去离子水中高速分散，并加入16kg乙二胺扩链，搅拌40min，得到阴离子水性聚氨酯乳液；将聚氨酯乳液与0.5kgkh560、0.07kg油酸、0.07kg聚氧乙烯烷基酚醚、0.06kg甘油-硬脂酸酯等助剂一起配制成聚氨酯浸润剂。将玻璃纤维置于水平台上，将聚氨酯浸润剂喷涂在其表面，分布及厚度均匀，待其室温自然干燥后，放入真空干燥箱中，先在65℃下干燥4h，然后升温至90℃下干燥3h，即可得到玻璃纤维与聚氨酯膜的复合材料；将制得的复合材料与聚四氟乙烯板叠合，聚氨酯膜与聚四氟乙烯板紧密接触，缓慢升高温度至250℃，再恒温加压，压力达到50mpa后保压20min，然后在缓慢卸压，得到粘接性能良好且使用寿命长的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材。对实施例7得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其力学性能，得到的拉伸强度、断裂伸长率率率及弯曲模量如表1所示；对实施例7得到的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，测试其使用寿命，得到的数据如表1所示。表1：具体实施例拉伸强度（mpa）断裂伸长率（%）弯曲模量（mpa）工业转承重板材使用寿命（年）实施例149.5258870≥3实施例258.6262846≥3实施例351.7255855≥3实施例450.3269848≥3实施例559.7254842≥3实施例658.8267837≥3实施例758.9252865≥3由表1可见：（1）本发明的方法制备的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，具有较高的拉伸强度、弯曲模量及较高的断裂伸长率，综合力学性能优良。（2）本发明的方法制备的玻璃纤维与聚四氟乙烯的复合板材，其使用寿命较长。当前第1页12