一种制备均匀分布的大厚度涤纶增强丙烯酸酯板材的方法与流程

本发明涉及一种制备涤丝绸均匀分布的大厚度涤纶增强丙烯酸酯板材的新方法，尤其是一种通过单层涤丝绸浸润聚合制备成涤纶薄片并通过层叠后二次聚合成为大厚度且涤丝绸在其内部均匀分布的涤纶增强丙烯酸酯板材的方法，是一种复合材料的制备新方法。

背景技术：

涤纶增强丙烯酸酯板材属复合材料，主要应用在有机玻璃制件与工业装备骨架的连接，通过涤纶增强丙烯酸酯板材制成的连接件可将有机玻璃透明件承受的外部载荷传递到工业制备骨架上。近年来有机玻璃因物理机械性能优异用途日益广泛，在飞机上用作座舱盖、风挡和弦窗，也用作吉普车的风挡和车窗、大型建筑的天窗、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的防护罩、电讯仪表的外壳等。以涤纶增强丙烯酸酯板材为加强材料的有机玻璃制件硬连接是一种优良的边缘连接方式，可有效避免因边缘钻孔造成的应力集中；均匀传递有机玻璃透明件受到的载荷；安装精度高可保证良好的气密性；同时涤纶增强丙烯酸酯板材材料与有机玻璃透明件本体材料物理机械性能相似，线性膨胀系数相近，可减少温度变化引起的应力。我国于1994年12月发表了《D-1涤纶织物增强丙烯酸酯板材制造工艺》航空工业标准，该技术及工艺只能生产小尺寸薄板，如利用此工艺制备10mm及以上厚度板材时，涤丝绸在其结构内部的分布不均匀，导致材料整体性能呈现不规则的无序分散，对各型工业装备骨架边缘连接处的承载能力造成影响并带来安全隐患，从而不能满足各型工业装备对有机玻璃透明件边缘连接的更新更高要求。

技术实现要素：

本发明采用655型涤丝绸与甲基丙烯酸甲酯(MMA)利用复合引发剂聚合成涤纶薄片，将涤纶薄片裁剪并层叠后固定在特制的模型中，灌注一定粘度的MMA浆液，进行二次聚合。涤丝绸与甲基丙烯酸甲酯的质量比是70(±10)：100(质量比)。本发明能制备出厚度高达50mm，并且涤丝绸在板材内部结构中均匀分布的涤纶增强丙烯酸酯板材。

本发明所述的本体聚合过程中，引发剂A与甲基丙烯酸甲酯的配比为0.003(±0.001)：100(质量比)；引发剂B与甲基丙烯酸甲酯的配比为0.002(±0.001)：100(质量比)。

本发明所述的本体聚合过程中，耐光剂UVP与甲基丙烯酸甲酯的配比为0.05(±0.01)：100(质量比)；

利用本发明所述方法制成的涤纶增强丙烯酸酯板材树脂含量(聚甲基丙烯酸甲酯含量)为45％～55％。

本发明解决了大厚度涤纶增强丙烯酸酯板材材料内部均匀性问题。即先将检验合格的甲基丙烯酸甲酯(MMA)按质量比加入耐光剂UVP和引发剂A在75℃～80℃下预聚合、降温，低温时再加入引发剂B搅拌均匀至室温，(0.073～0.080)MPa下真空处理制备成粘度在12s～20s的MMA浆液，将单层涤丝绸放在MMA浆液中常温浸润，震动除去涤丝绸各丝之间的空气，通过模板挤压，在100℃～120℃下聚合制成涤纶薄片，裁切成规定尺寸后按照树脂(聚甲基丙烯酸甲酯)含量45％～55％理论计算值层叠，在特定的模型中固定，除尘、除杂质后继续灌入MMA浆液，(0.073～0.080)MPa下真空脱气，模型放入水浴聚合装置中30℃～40℃下进行立式聚合，之后进行100℃～120℃高温聚合制成大厚度涤纶增强丙烯酸酯板材。这样制成的涤纶增强丙烯酸酯板材其涤丝绸在板材内部结构中均匀分布，板材层间剪切强度、拉伸强度、挤压强度等性能大幅度提高，满足了不同用户的更高要求，提高了大厚度涤纶增强丙烯酸酯板材产品质量，保证了供货及时性，生产过程易控制，易实现工业化生产。目前制备的30mm厚度板材已通过用户应用考核，并得到认可。

本发明所述的大厚度涤纶增强丙烯酸酯板材性能检测方法包括：

板材层间剪切强度按GJB 5872《定向有机玻璃层间剪切强度试验方法》标准进行检测。

板材线膨胀系数按GB 2572《纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法》标准进行检测。

板材其它性能按HB 5445《涤纶增强丙烯酸酯板材规范》标准进行检测。

附图说明

图1为实施例1剖面图。

图2为比较例2剖面图。

具体实施方式

实施例1：将655型涤丝绸裁剪成规定尺寸，洗涤、干燥、熨平后待用；将精制合格(纯度达到99.5％以上)的甲基丙烯酸甲酯(MMA)70Kg,按MMA 100份(以下均为质量份数)、引发剂A(ABN)0.003份以及耐光剂(UVP)0.05份按比例加入到聚合釜中，搅拌升温到75℃～80℃，反应维持至浆液粘度达到12s时，降温至40℃以下加入引发剂B(BPO)0.002份，充分搅拌后降至室温，制成的MMA浆液在室温下、(0.073～0.080)MPa真空度下真空处理30min进行脱气处理。将备用的655型涤丝绸单层浸入脱气后的MMA浆液中，通过震动方式除去涤丝绸各丝之间的空气，约0.5h后涤丝绸彻底浸润。将浸润后的涤丝绸铺设在经过洗涤干燥处理的硅玻璃模板上，铺设平整后在其上表面加盖经过洗涤干燥处理的硅玻璃模板，四周密封，在35℃下进行低温聚合约3h，之后在110℃条件下加热约1h，制成涤纶薄片；将制成的涤纶薄片裁切成规定尺寸后备用；在由洗涤干燥处理的硅玻璃模板和密封条组成的特定模型中固定85层涤纶薄片，除尘、除杂质后在其上表面加盖经过洗涤干燥处理的硅玻璃模板，四周密封，继续灌入上述已制备MMA浆液，真空脱气，将灌好的模型放入水浴聚合装置中采用立式水浴聚合方式进行二次聚合，在35℃下低温聚合约48h，之后升温至110℃进行高温聚合，维持3h后降温脱模，制备出30mm厚度涤纶增强丙烯酸酯板材。经过检验，该板材各项性能均达到HB 5445《涤纶增强丙烯酸酯板材规范》要求，同时其剪切强度高达26.3MPa，表明其内部结构均匀；同时其线性膨胀系数与有机玻璃近似，表明其与有机玻璃透明件的优异匹配性。

比较例1：(航空工业标准：D-1涤纶织物增强丙烯酸酯板材制造工艺，标准编号：HB/Z-93，改为制造30mm厚度板材)

将精制合格(纯度达到99.5％以上)的甲基丙烯酸甲酯MMA 100份、引发剂BPO 0.4份等按质量比例加入洁净的三口烧杯中，至于温度75～80℃的恒温水浴里预聚合，浆液粘度控制在15～30s降温，制备20KgMMA浆液待用。将根据厚度需要准备的按规定尺寸裁切的涤丝绸85层用电熨斗熨平，叠放在洁净的下模板上，上、下模板重合，四周用弹性柔软的塑料管进行密封，密封时上、下端留有进料口和排气口，进料口安放在模型下端，排气口在模型上端中央连接排气装置，模型四周用弓形夹加紧至要求厚度，采用立式灌浆，先上部排气口抽真空，排除模型内部空气，MMA浆液通过下部进料口顺抽气方向进料，直到模型灌满浆液为止。灌好的模型在室温下静止24小时，放入烘箱中，聚合参数为：室温升至40±1℃，保温约10～12h，45±1℃，保温4h，55±1℃，保温3h，60±1℃，保温2h，70±1℃，保温1h，90±1℃，保温1h，降温。

板材在低温聚合过程60±1℃保温时爆聚。

比较例2：(对比较例1操作环节及爆聚原因进行分析，结合有机玻璃厚板工艺条件对工艺进行优化，引入复合引发剂，水浴聚合，调节聚合温控条件。)

将精制合格(纯度达到99.5％以上)的甲基丙烯酸甲酯MMA 100份、引发剂ABN 0.003份等按质量比例加入洁净的三口烧杯中，至于温度75～80℃的恒温水浴里预聚合，浆液粘度控制在15～30s降温，低于40℃时加入引发剂BPO 0.002份，制备20KgMMA浆液待用。将根据厚度需要准备的按规定尺寸裁切的85层涤丝绸用电熨斗熨平，叠放在洁净的下模板上，上、下模板重合，四周用弹性柔软的塑料管进行密封，密封时上、下端留有进料口和排气口，进料口安放在模型下端，排气口在模型上端中央连接排气装置，模型四周用弓形夹加紧至要求厚度，采用立式灌浆，先上部排气口抽真空，排除模型内部空气，MMA浆液通过下部进料口顺抽气方向进料，直到模型灌满浆液为止。灌好的模型在室温下静止24h，放入水浴聚合装置中，在35℃下低温聚合约120h，之后升温至110℃进行高温聚合，维持3h后降温脱模，成功制备出30mm厚度涤纶增强丙烯酸酯板材，板材中涤丝绸分布非常不均匀，夹带气泡。尤其是性能变化大、不稳定。

表1产品性能与技术指标对比