本发明涉及复合材料的技术领域，特别涉及一种耐冲击的玻璃钢材料及其制备方法。
背景技术：
玻璃钢即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、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，称为玻璃纤维增强塑料或玻璃钢。玻璃钢板材以其质轻、强度高、抗老化、耐腐蚀、阻燃、遮阳、隔热、绝缘等诸多特性，得到了广泛的应用。
玻璃钢由于其较高的强度和低廉的价格而广泛应用于汽车工业中，特别是制作保险杠和车身。玻璃钢材料在使用过程中经常要承受冲击载荷，如汽车相撞时车体的受撞变形等。玻璃钢保险杠在使用过程中受到低冲击时，大部分情况没有明显的目视损伤，但却在层合表面生成不可视的前表面分层，从而形成潜在的危险，内部损伤的存在会影响玻璃钢的强度和刚度，严重影响玻璃钢的耐冲击性。目前市场上对玻璃钢耐冲击性能要求越来越高，研发一种耐冲击性能高的玻璃钢材料具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种耐冲击的玻璃钢材料，以达到提高玻璃钢材料的耐冲击性的效果。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：一种耐冲击的玻璃钢材料，按重量份计，包括有以下组分：乙烯基树脂25-35份、s-玻璃纤维15-20份、玄武岩纤维5-10份、偶联剂2-5份、固化剂3-5份、防老剂3-5份、填料12-16份。
乙烯基树脂是由双酚型或酚醛型环氧树脂与甲基丙烯酸反应得到的一类变性环氧树脂，别名环氧丙烯酸树脂，为热固性树脂。乙烯基树脂固化性和成型性方面具有优异的性能，能溶解于苯乙烯以及丙烯酸系单体，兼具环氧和不饱和的优点，应用广泛。
s-玻璃是一种镁铝硅酸盐玻璃，s-玻璃纤维强度一般比e玻璃纤维高25％以上，同时具有高模量、抗冲击、耐高温、耐疲劳等性能。
玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。
通过采用上述方案，以具有优异性能的乙烯基树脂为基体树脂，按照特定的配比加入抗冲击性能良好的s-玻璃纤维和强度高的玄武岩纤维两种纤维，两种纤维之间相互攀缠状况好形成杂合网；再辅以偶联剂使两种纤维与基体树脂能够发生化学交联反应，提高纤维与基体树脂之间的粘合力；防老剂可以减少玻璃钢材料被氧化的概率，提高玻璃钢材料的抗老化性能；填料一般价格较低，可以降低制备成本和增强玻璃钢材料的力学性能和耐热性能。通过上述几种组分的配合使用，以及合理的配合比例使玻璃钢材料具有耐冲击性强和抗压强度高的优点。
本发明进一步设置为：还包括碳纤维5-10份，碳纤维的长度为3-10mm，直径为5-8μm。
碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维质量强，强度高，具有耐腐蚀、高模量的特性。
通过采用上述方案，在乙烯基树脂的基体树脂中，再添加一定比例的碳纤维，碳纤维与玻璃纤维和玄武岩纤维共混后再与基体树脂交联结合，可以进一步增强玻璃钢材料的耐冲击性。
本发明进一步设置为：所述s-玻璃纤维的长度为10-20mm，直径为8-15μm。
通过采用上述方案，优选s-玻璃纤维的长度和直径，可以进一步优化s-玻璃纤维的性能，提高s-玻璃纤维与乙烯基树脂结合的能力，进一步提高玻璃钢材料的耐冲击性和强度高。
本发明进一步设置为：所述玄武岩纤维长度为20-30mm，直径为15-20μm。
通过采用上述方案，优选玄武岩纤维的长度和直径，可以进一步优化玄武岩纤维的性能，提高玄武岩纤维与乙烯基树脂结合的能力，进一步提高玻璃钢材料的耐冲击性和强度高。
本发明进一步设置为：所述s-玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维的重量比为3.5-4:1-1.3:1.5-1.7。
通过采用上述方案，优选三种纤维的混合配比，以s-玻璃纤维为主，辅以玄武岩纤维和碳纤维，三种纤维的长度和直径分别在三个不同的范围内，可以使混合纤维形成的杂合网更加致密，进一步增强混合纤维的强度和抗冲击性，提高玻璃钢材料的耐冲击性和强度。
本发明进一步设置为：还包括增粘剂0.5-2份。
通过采用上述方案，增粘剂与乙烯基树脂混合后，可以增强乙烯基树脂的初粘性，提高乙烯基树脂与纤维之间的粘结力，有利于纤维与乙烯基树脂的充分交联结合，进而增强玻璃钢材料的耐冲击性和强度高。增粘剂选用环氧改性双马来酰胺。
本发明进一步设置为：所述乙烯基树脂为双酚a型环氧乙烯基。
通过采用上述方案，双酚a型环氧乙烯基含酯键量少，使其耐碱性能得以提高，主链上含有较多的仲羟基，改善了树脂对玻璃纤维的浸润性能与粘结性能，有助于进一步提高玻璃钢材料的力学强度。
本发明进一步设置为：所述固化剂为酚醛胺固化剂、酸酐类固化剂或咪唑类固化剂中的一种或几种。
通过采用上述方案，优选固化剂的种类，使基体树脂、混合纤维和各种其它原料混合后可以尽快的固化，缩短玻璃钢材料的制备时间，提高玻璃钢材料制备的效率。
本发明进一步设置为：所述填料为石英粉或碳硅粉。
通过采用上述方案，填料的价格比树脂的价格便宜，使用填料可以减少相应的基体树脂的用量，降低了制备玻璃钢的生产成本。优选填料为石英粉或碳硅粉，还可以增强玻璃钢材料的力学性能和耐热性能。
本发明的目的二在于：提供一种上述耐冲击的玻璃钢材料的制备方法，包括有以下制备步骤：
s1，按配方量，将乙烯基树脂、偶联剂混合均匀后，制备成浸渍胶液；
s2，按配方量，将s-玻璃纤维和玄武岩纤维，以及5-10份的碳纤维混合均匀后，加入步骤s1的浸渍液中混合均匀，浸渍5-8h；
s3，向步骤s2浸渍完成后的溶液中加入配方量的固化剂、防老剂和填料，以及0.5-2份的增粘剂，在80-90℃固化20-25min，得到耐冲击的玻璃钢材料。
通过采用上述方案，先将基体树脂和偶联剂混合均匀后，再加入三种纤维的混合物再混合均匀，可以使纤维与基体树脂之间交联结合更加紧密，再加入一定量的填料去填充纤维与基体树脂之间的孔隙来增强玻璃钢的密度，最后加入固化剂进行固化得到耐冲击的玻璃钢材料。该制备方法操作简单，制备效率高，便于工业化应用。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、上述耐冲击的玻璃钢材料，以乙烯基树脂为基体树脂，按照特定的配比加入s-玻璃纤维和玄武岩纤维，纤维之间相互攀缠状况好形成杂合网；再辅以偶连剂使两种纤维与基体树脂能够发生化学交联反应，提高纤维与基体树脂之间的粘合力；防老剂提高的玻璃钢材料的抗老化性能；填料降低制备成本和增强玻璃钢材料的力学性能和耐热性能。通过上述几种组分的配合使用，以及合理的配合比例使玻璃钢材料具有耐冲击性好和强度高的优点；
2、上述耐冲击的玻璃钢材料，还添加有碳纤维，三种纤维的长度和直径分别在三个不同的范围内，可以使混合纤维形成的杂合网更加致密，增强混合纤维的强度和抗冲击性，提高玻璃钢材料的耐冲击性和强度高；
3、上述耐冲击的玻璃钢材料的制备方法，该制备方法操作简单，制备效率高，便于工业化应用。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种耐冲击的玻璃钢材料，按重量份计，包括有以下组分：双酚a型环氧乙烯基25份、s-玻璃纤维20份、玄武岩纤维5份、碳纤维10份、硅烷偶联剂2份、酚醛胺固化剂5份、防老剂2643份、石英粉16份，环氧改性双马来酰胺0.5份；
s-玻璃纤维的长度为10mm，直径为15μm；玄武岩纤维长度为20mm，直径为20μm；碳纤维的长度为3mm，直径为8μm；
上述耐冲击的玻璃钢材料的制备方法，包括有以下制备步骤：
s1，按配方量，将双酚a型环氧乙烯基、硅烷偶联剂混合均匀后，制备成浸渍胶液；
s2，按配方量，将s-玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维混合均匀后，加入步骤s1的浸渍液中混合均匀，浸渍5h；
s3，向步骤s2浸渍完成后的溶液中加入配方量的酚醛胺固化剂、防老剂264、石英粉和环氧改性双马来酰胺，在80℃固化25min，得到耐冲击的玻璃钢材料。
实施例2
一种耐冲击的玻璃钢材料，按重量份计，包括有以下组分：双酚a型环氧乙烯基35份、s-玻璃纤维15份、玄武岩纤维10份、碳纤维5份、硅烷偶联剂5份、酸酐类固化剂3份、防老剂2645份、碳硅粉12份，环氧改性双马来酰胺2份；
s-玻璃纤维的长度为20mm，直径为8μm；玄武岩纤维长度为30mm，直径为15μm；碳纤维的长度为10mm，直径为5μm；
上述耐冲击的玻璃钢材料的制备方法，包括有以下制备步骤：
s1，按配方量，将双酚a型环氧乙烯基、硅烷偶联剂混合均匀后，制备成浸渍胶液；
s2，按配方量，将s-玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维混合均匀后，加入步骤s1的浸渍液中混合均匀，浸渍8h；
s3，向步骤s2浸渍完成后的溶液中加入配方量的酸酐类固化剂、防老剂264、碳硅粉和环氧改性双马来酰胺，在90℃固化20min，得到耐冲击的玻璃钢材料。
实施例3
一种耐冲击的玻璃钢材料，按重量份计，包括有以下组分：双酚a型环氧乙烯基30份、s-玻璃纤维18份、玄武岩纤维8份、碳纤维8份、硅烷偶联剂3份、酚醛胺固化剂4份、防老剂2644份、石英粉15份，环氧改性双马来酰胺1份；
s-玻璃纤维的长度为15mm，直径为10μm；玄武岩纤维长度为25mm，直径为18μm；碳纤维的长度为8mm，直径为5μm；
上述耐冲击的玻璃钢材料的制备方法，包括有以下制备步骤：
s1，按配方量，将双酚a型环氧乙烯基、硅烷偶联剂混合均匀后，制备成浸渍胶液；
s2，按配方量，将s-玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维混合均匀后，加入步骤s1的浸渍液中混合均匀，浸渍6h；
s3，向步骤s2浸渍完成后的溶液中加入配方量的酚醛胺固化剂、防老剂264、石英粉和环氧改性双马来酰胺，在90℃固化25min，得到耐冲击的玻璃钢材料。
实施例4
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，调整s-玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维的重量比为4:1:1.5，且三种纤维的总重量不变。
实施例5
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，调整s-玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维的重量比为3.5:1.3:1.7，且三种纤维的总重量不变。
实施例6
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，碳纤维的长度为2mm，直径为15μm。
实施例7
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，s-玻璃纤维的长度为8mm，直径为20μm。
实施例8
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，玄武岩纤维长度为15mm，直径为25μm。
实施例9
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，不包括碳纤维。
实施例10
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，不包括增粘剂。
实施例11
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，制备方法步骤s2中的浸渍时间为8h。
实施例12
一种耐冲击的玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，制备方法步骤s3中80℃固化20min。
对比例1
一种玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，不包括玄武岩纤维和碳纤维。
对比例2
一种玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，不包括玄武岩纤维。
对比例3
一种玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，等量普通的玻璃纤维替代s-玻璃纤维。
对比例4
一种玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，双酚a型环氧乙烯基40份、s-玻璃纤维10份、玄武岩纤维3份、碳纤维3份；其余组分含量和制备方法与实施例3均相同。
对比例5
一种玻璃钢材料，与实施例3的区别在于，双酚a型环氧乙烯基20份、s-玻璃纤维25份、玄武岩纤维15份、碳纤维10份；其余组分含量和制备方法与实施例3均相同。
实验例将实施例1-12和对比例1-5制备的玻璃钢材料，按照国家标准gb/t9341-2008进行抗冲击强度的测试，按照国家标准gb/t9341-2000进行抗压强度测试，检测玻璃钢的耐冲击性能和抗压强度。测试结果见表1。
表1
由表1的结果可以看出，实施例1-12提供的玻璃钢材料的测试的耐冲击性能和抗压强度都明显好于对比例1-5提供的玻璃钢材料。
实施例4、实施例5与实施例3对比，实施例4中增大了s-玻璃纤维的重量份占比，减小了玄武岩纤维和碳纤维的重量份占比，调整了三种纤维的重量配比，但在优选的范围内；实施例5中减小了s-玻璃纤维的重量份占比，增大了玄武岩纤维和碳纤维的重量份占比，调整了三种纤维的重量配比，但在优选的范围内。通过对比实施例4、5与实施例3的实验结果可知，三种纤维的重量配比对混合纤维共混形成的杂合网的性能有影响，进而对玻璃钢材料的耐冲击性能和抗压强度有一定的影响。
实施例6-8与实施例3对比，实施例6中减小碳纤维的长度，增大碳纤维的直径，且碳纤维的长度和直径不在优选地范围内；实施例7中减小s-玻璃纤维的长度，增大s-玻璃纤维的直径，且s-玻璃纤维的长度和直径不在优选地范围内；实施例8中减少玄武岩纤维的长度，增大玄武岩纤维的直径，且玄武岩纤维的长度和直径不在优选地范围内。通过对比实施例6-8与实施例3的实验结果可知，纤维的长度减小和直径增大会明显影响三种纤维共混形成的杂合网的性能有影响，进而对玻璃钢材料的耐冲击性能和抗压强度产生影响。
实施例9、实施例10与实施例3对比，实施例9中去掉了碳纤维，只有两种纤维共混形成纤维杂合网后再与基体树脂复合，不在优选的保护范围内；实施例10去掉了增粘剂，会影响乙烯基树脂与共混纤维杂合网之间的粘结力，不在优选的保护范围内。通过对比实施例9、10与实施例3的实验结果可知，碳纤维是否加入、增粘剂是否加入会对玻璃钢材料的耐冲击性能和抗压强度产生影响。
实施例11、实施例12与实施例3对比，实施例11的制备方法中延长了浸渍时间；实施例12的制备方法中改变了固化的条件。通过对比实施例11、12与实施例3的实验结果可知，玻璃钢中的工艺参数的改变也会影响玻璃钢材料的耐冲击性能和抗压强度。
对比例1-5与实施例3对比，对比例1中去掉了玄武岩纤维和碳纤维；对比例2中去掉了玄武岩纤维；对比例3用等量普通的玻璃纤维替代s-玻璃纤维；对比例4中调整基体树脂和混合纤维的组分含量，使基体树脂的组分含量较高，混合纤维的组分含量较低，且不在保护的范围内；对比例5中调整基体树脂和混合纤维的组分含量，使基体树脂的组分含量较低，混合纤维的组分含量较高，且不在优选的范围内。通过对比例1-5与实施例3的实验结果对比可知，玻璃钢纤维的种类，以及纤维与基体树脂之间的配比都会影响玻璃钢材料的耐冲击性能和抗压强度。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。