[0001]
本发明涉及玻璃钢材料技术领域，尤其涉及一种抗老化高强度玻璃钢及其制备方法。
背景技术：
[0002]
玻璃钢亦称作纤维强化塑料，是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、碳纤维或硼纤维等为增强材料，经过复合工艺而制成的复合材料。由于使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。材料质轻而硬，不导电，机械强度高，绝缘性好，回收利用少，热性能良好，耐腐蚀。玻璃钢的相对密度在1.2-2.0之间，只有碳钢的1/4-1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而且比强度可以和高级合金钢相比，可以代替钢材制造机器零件、储罐、管道、格栅、塔器等。
[0003]
但是，玻璃钢是纤维增强塑料，存在塑料的共同缺陷，容易出现老化现象，在紫外线、机械应力、风沙雨雪、介质等作用下容易导致性能缺陷，如专利号为cn202010333922.x的一种耐老化玻璃钢材料，由不饱和聚酯树脂、苯乙烯、固化剂、促进剂、玻璃纤维、伊利石功能粉体材料、偶联剂、氧化锌、石墨烯，制成，有效提高玻璃钢材料的耐老化性能和机械强度，本发明耐老化玻璃钢材料特别适用于船舶等海洋环境，但是其玻璃钢中分子交联方式单一，难以适应复杂环境，稳定性不高；又如专利号为cn202010223151.9的一种高残留强度酚醛阻燃体系玻璃钢材料及其制备方法，使用酚醛树脂、改性硅氧烷树脂、玻璃粉、石墨、白炭黑、固化剂、促进剂制备而成，所得玻璃钢材料具有较好的耐高温性、阻燃性，但是其为了增强阻燃性降低了玻璃钢晶体密集度，导致玻璃钢力学性能的降低，容易老化。所以，研究一种强度高、耐老化的玻璃钢极有必要。
技术实现要素：
[0004]
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种抗老化高强度玻璃钢及其制备方法，以提高玻璃钢的强度，延缓玻璃钢的老化，该玻璃钢由以下原料制成：聚酯树脂50-70份、聚酰胺树脂30-50份、丙烯酸聚氨酯10-15份、酚醛树脂15-25份、玻璃纤维30-50份、钢纤维15-25份、改性矿物纤维8-15份、水滑石纳米粉末30-48份、白云母粉末25-35份、过氧化月桂酰1-2份、三乙烯二胺1-2份、硫酸镧1-5份、有机膨润土3-5份、硅树脂甲基支链硅油5-8份。
[0005]
进一步的，所述改性矿物纤维由质量比1:3-5的硫酸钙晶须和硅酸铝纤维混合而成。
[0006]
进一步的，所述改性矿物纤维由质量比为10:0.02-0.03:0.01-0.03:0.3-0.5的矿物纤维和碳酸钠、氢氧化钙、异丁基三乙氧基硅制备而成。
[0007]
进一步的，所述玻璃纤维细度为1-3mm。
[0008]
进一步的，所述钢纤维直径0.03-0.08mm，长度3-5mm。
[0009]
进一步的，所述水滑石纳米粉末细度30-80nm。
[0010]
进一步的，所述白云母粉末细度100-150nm。
[0011]
本发明所述的抗老化高强度玻璃钢，制备方法如下：（1）矿物纤维活化将矿物纤维与其质量3-5倍的乙醇混合，在50-60℃下以90-100r/min搅拌20-30min，在0.1-0.3个标准大气压、60-70℃下回收乙醇，将矿物纤维置于真空设备中，充入氮气使得设备内部压强为1-1.3个标准大气压，加热至300-350℃，保温10-15h即可；（2）制备改性矿物纤维将矿物纤维与其质量2-4倍的去离子水混合，加入碳酸钠混合煮沸，保温3-5h，然后加入氢氧化钙，将混合物温度加热到130-150℃，保温5-8h，降温度降低至常温，减压除去水，加入异丁基三乙氧基硅，以300-500r/min的搅拌速度搅拌10-15min即可；（3）树脂活化将聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸聚氨酯、酚醛树脂融化混合20-30min，倒入开炼机上热混合1-2min得到树脂混合体备用；（4）预混合将玻璃纤维、钢纤维、改性矿物纤维、水滑石纳米粉末、白云母粉末倒入三维搅拌机中，在10-15℃下混合5-10h，得到预混料；（5）成型在树脂混合体中加入过氧化月桂酰、三乙烯二胺、硫酸镧、有机膨润土、硅树脂甲基支链硅油混合3-5min，加入预混料混合30-50min，倒入模具中即得。
[0012]
本发明的有益效果：本发明通过将矿物纤维乙醇处理，除去纤维表面吸附的杂质基团，然后再高温处理，使得矿物纤维表面的粗糙度更高，方便后续沉淀吸附。通过使用碳酸钠处理矿物纤维，使得纤维中的钙离子和碳酸根反应，生成的碳酸钙沉积在纤维表面，使得纤维微观晶体结构具有更多的凸起，然后加入氢氧化钙，使得矿物纤维中的硅酸铝形成硅酸钙附着在矿物纤维表面，最后加入异丁基三乙氧基硅吸附到矿物纤维表面空隙中。使得改性矿物纤维表面具有更多的分子链延伸，增加矿物纤维表面与树脂基体的黏附点，提高矿物纤维在树脂中的分散度，强化矿物纤维与树脂的联结，进而达到提高玻璃钢的强度和抗腐蚀、耐老化的目的。
[0013]
本发明通过水滑石粉末和白云母粉末，利用两者的层间结构特点，使得水滑石和白云母在树脂交联中可以彼此咬合，层间相互吸附，同时利于矿物纤维的交联，促进矿物纤维的树脂联结体系形成，强化树脂对钢纤维等组分的吸附，进一步增强玻璃钢晶体的紧凑性。
[0014]
本发明通过使用硫酸镧，利用其原子半径较大的特点促进树脂分子链与其他组分的结合吸附，使得玻璃钢晶体之间紧密度更高，具有更好的屏蔽性能。
[0015]
本发明通过使用有机膨润土，使得各组分流动性提高，促进相互间的分散，并且有机膨润土本身的分子复杂度可以促进玻璃钢的胶结，强化玻璃钢的分子网络体系，使得各组分间的配合性更好，制作出来的玻璃钢性能更佳。
具体实施方式
[0016]
实施例1一种抗老化高强度玻璃钢，以质量份计，由以下原料制成：聚酯树脂50份、聚酰胺树脂
30份、丙烯酸聚氨酯10份、酚醛树脂15份、玻璃纤维30份、钢纤维15份、改性矿物纤维8份、水滑石纳米粉末30份、白云母粉末25份、过氧化月桂酰1份、三乙烯二胺1份、硫酸镧1份、有机膨润土3份、硅树脂甲基支链硅油5份；所述改性矿物纤维由质量比1:3的硫酸钙晶须和硅酸铝纤维混合而成；所述玻璃纤维细度为1mm；所述钢纤维直径0.03mm，长度3mm；所述水滑石纳米粉末细度30nm；所述白云母粉末细度100nm；改性矿物纤维由质量比为10:0.02:0.01:0.3的矿物纤维和碳酸钠、氢氧化钙、异丁基三乙氧基硅制备而成。
[0017]
本实施例所述抗老化高强度玻璃钢，其制备方法如下：（1）矿物纤维活化将矿物纤维与其质量3倍的乙醇混合，在50℃下以90r/min搅拌20min，在0.1个标准大气压、60℃下回收乙醇，将矿物纤维置于真空设备中，充入氮气使得设备内部压强为1个标准大气压，加热至300℃，保温10h即可；（2）制备改性矿物纤维将矿物纤维与其质量2倍的去离子水混合，加入碳酸钠混合煮沸，保温3h，然后加入氢氧化钙，将混合物温度加热到130℃，保温5h，降温度降低至常温，减压除去水，加入异丁基三乙氧基硅，以300r/min的搅拌速度搅拌10min即可；（3）树脂活化将聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸聚氨酯、酚醛树脂融化混合20min，倒入开炼机上热混合1min得到树脂混合体备用；（4）预混合将玻璃纤维、钢纤维、改性矿物纤维、水滑石纳米粉末、白云母粉末倒入三维搅拌机中，在10℃下混合5h，得到预混料；（5）成型在树脂混合体中加入过氧化月桂酰、三乙烯二胺、硫酸镧、有机膨润土、硅树脂甲基支链硅油混合3min，加入预混料混合30min，倒入模具中即得。
[0018]
实施例2一种抗老化高强度玻璃钢，以质量份计，由以下原料制成：聚酯树脂70份、聚酰胺树脂50份、丙烯酸聚氨酯15份、酚醛树脂25份、玻璃纤维50份、钢纤维25份、改性矿物纤维15份、水滑石纳米粉末48份、白云母粉末35份、过氧化月桂酰2份、三乙烯二胺2份、硫酸镧5份、有机膨润土5份、硅树脂甲基支链硅油8份；所述改性矿物纤维由质量比1:5的硫酸钙晶须和硅酸铝纤维混合而成；所述玻璃纤维细度为3mm；所述钢纤维直径0.08mm，长度5mm；所述水滑石纳米粉末细度80nm；所述白云母粉末细度150nm；改性矿物纤维由质量比为10: 0.03: 0.03:0.5的矿物纤维和碳酸钠、氢氧化钙、异丁基三乙氧基硅制备而成。
[0019] 本实施例所述抗老化高强度玻璃钢，其制备方法如下：（1）矿物纤维活化将矿物纤维与其质量5倍的乙醇混合，在60℃下以100r/min搅拌30min，在0.3个标准大气压、70℃下回收乙醇，将矿物纤维置于真空设备中，充入氮气使得设备内部压强为1.3个标准大气压，加热至350℃，保温15h即可；（2）制备改性矿物纤维将矿物纤维与其质量4倍的去离子水混合，加入碳酸钠混合煮沸，保温5h，然后加入氢
氧化钙，将混合物温度加热到150℃，保温8h，降温度降低至常温，减压除去水，加入异丁基三乙氧基硅，以500r/min的搅拌速度搅拌15min即可；（3）树脂活化将聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸聚氨酯、酚醛树脂融化混合30min，倒入开炼机上热混合2min得到树脂混合体备用；（4）预混合将玻璃纤维、钢纤维、改性矿物纤维、水滑石纳米粉末、白云母粉末倒入三维搅拌机中，在15℃下混合10h，得到预混料；（5）成型在树脂混合体中加入过氧化月桂酰、三乙烯二胺、硫酸镧、有机膨润土、硅树脂甲基支链硅油混合5min，加入预混料混合50min，倒入模具中即得。
[0020]
实施例3一种抗老化高强度玻璃钢，以质量份计，由以下原料制成：聚酯树脂65份、聚酰胺树脂43份、丙烯酸聚氨酯15份、酚醛树脂15份、玻璃纤维50份、钢纤维15份、改性矿物纤维15份、水滑石纳米粉末30份、白云母粉末35份、过氧化月桂酰1份、三乙烯二胺2份、硫酸镧1份、有机膨润土5份、硅树脂甲基支链硅油5份；所述改性矿物纤维由质量比1:5的硫酸钙晶须和硅酸铝纤维混合而成；所述玻璃纤维细度为3mm；所述钢纤维直径0.03mm，长度5mm；所述水滑石纳米粉末细度30nm；所述白云母粉末细度150nm；改性矿物纤维由质量比为10:0.02: 0.03:0.3的矿物纤维和碳酸钠、氢氧化钙、异丁基三乙氧基硅制备而成。
[0021]
本实施例所述抗老化高强度玻璃钢，其制备方法如下：（1）矿物纤维活化将矿物纤维与其质量3倍的乙醇混合，在60℃下以90r/min搅拌20min，在0.3个标准大气压、60℃下回收乙醇，将矿物纤维置于真空设备中，充入氮气使得设备内部压强为1.3个标准大气压，加热至300℃，保温15h即可；（2）制备改性矿物纤维将矿物纤维与其质量4倍的去离子水混合，加入碳酸钠混合煮沸，保温3h，然后加入氢氧化钙，将混合物温度加热到150℃，保温5h，降温度降低至常温，减压除去水，加入异丁基三乙氧基硅，以500r/min的搅拌速度搅拌10min即可；（3）树脂活化将聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸聚氨酯、酚醛树脂融化混合30min，倒入开炼机上热混合1min得到树脂混合体备用；（4）预混合将玻璃纤维、钢纤维、改性矿物纤维、水滑石纳米粉末、白云母粉末倒入三维搅拌机中，在15℃下混合5h，得到预混料；（5）成型在树脂混合体中加入过氧化月桂酰、三乙烯二胺、硫酸镧、有机膨润土、硅树脂甲基支链硅油混合5min，加入预混料混合30min，倒入模具中即得。
[0022]
为验证本发明效果，设置如下对比例。对比例1与实施例1的区别是制作改性矿物纤维时矿物纤维未经活化；
对比例2与实施例1的区别是制作改性矿物纤维时未使用碳酸钠；对比例3与实施例1的区别是制作改性矿物纤维时未使用氢氧化钙；对比例4与实施例1的区别是制作原料中未使用水滑石纳米粉末；对比例5与实施例1的区别是制作原料中未使用白云母粉末；对比例6与实施例1的区别是制作原料中未使用硫酸镧；对比例7与实施例1的区别是制作原料中未使用有机膨润土。
[0023] 实验例： 分别按照实施例1-3对比例1-7制作玻璃钢，按照gb/t 9341—2000测试弯曲强度，试验速度为 1.5 mm/min；按照gb/t1843—2008测试冲击强度；按 gb/t16422. 12006《塑料使用室内光源曝晒试验方法第1部分:通则》和 gb/t16422. 21999《塑料使用室内光源曝晒试验方法第1部分:氙弧灯》对各组玻璃钢进行氙灯人工加速老化，老化参数: 氙灯辐射强度为1000w/m2，氙灯光谱波长范围从290 nm的短波紫外区经可见区直到红外区，氙灯管功率为6kw/h，黑板温度为( 63
±
2)℃，相对湿度为65%，喷淋周期为18min/102min(喷淋时间/非喷淋时间) ，试样架转速2r/min，检测玻璃钢在老化至弯曲强度降低至初始弯曲强度90%所需的时间；将玻璃钢置于25℃、质量分数10%的氯化钠溶液中，记录玻璃钢腐蚀质量为0.5%的时间，检测其烟雾抗腐蚀效果。 弯曲强度mpa冲击强度kj/m2耐老化时间h盐雾抗腐蚀h实施例1123.1646.94412986实施例2121.2848.33423995实施例3123.7448.57436987对比例1116.1241.41354926对比例2116.4742.13387960对比例3115.7041.33352939对比例4104.1435.63367820对比例5101.5834.06384836对比例6103.3735.75358844对比例7102.6536.38395826
[0024]
由表可以看出，使用本发明方法的玻璃钢强度高、耐腐蚀好，性能显著优于对比例，其适用范围更广，使得制备出来的玻璃钢弯曲强度超过121.28mpa、冲击强度超过46kj/m2，耐老化时间超过1512h，耐盐雾腐蚀时间超过986h。