一种高强度拉挤型材及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高强度拉挤型材，包括下列各项：以所述拉挤型材总重量计，含量为20‑30wt％的树脂基体、30‑40wt％玻璃纤维以及30‑40wt％多轴向织物上胶坯布，其特征在于，所述玻璃纤维均匀分布于树脂基体的内部，以增强该拉挤型材的轴向强度；所述多轴向织物上胶坯布为多轴向织物预先采用树脂基体浸胶并半固化而成，分别位于该拉挤型材的表面及中部，其中位于表面的多轴向织物上胶坯布用于保护该拉挤型材的表面并增强该拉挤型材表面的横向强度，位于中部的多向织物上胶坯布用于增强该拉挤型材的整体横向强度。本发明还涉及其制备方法。

权利要求

1.一种高强度拉挤型材，包括树脂基体、玻璃纤维以及多轴向织物上胶坯布，其特征在于，所述玻璃纤维均匀分布于树脂基体的内部；所述多轴向织物上胶坯布为多轴向织物预先采用树脂基体浸胶并半固化而成，分别位于该拉挤型材的表面及中部；所述位于表面的多轴向织物上胶坯布为多层多轴向织物上胶坯布；所述位于中间的多轴向织物上胶坯布为多层多轴向织物上胶坯布。

2.根据权利要求1所述的拉挤型材，其特征在于，以所述拉挤型材的总重量计，所述树脂基体的含量为20-30wt％，所述玻璃纤维的含量为20-60wt％，所述多轴向织物上胶坯布的含量为20-60wt％。

3.根据权利要求1所述的拉挤型材，其特征在于，以所述拉挤型材的总重量计，所述树脂基体的含量为20-30wt％，所述玻璃纤维的含量为30-40wt％，所述多轴向织物上胶坯布的含量为30-40wt％。

4.根据权利要求1所述的拉挤型材，其特征在于，所述树脂基体包括100质量份的树脂、

10-100质量份的固化剂、0.5-5质量份的脱模剂、0.5-2.5质量份的促进剂和0.5-1.5质量份的偶联剂。

5.根据权利要求4所述的拉挤型材，其特征在于，所述树脂为不饱和树脂、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、乙烯基树脂和热固性甲基丙烯酸树脂中的任意一种或多种；所述固化剂为酸酐和/或胺类固化剂。

6.根据权利要求4所述的拉挤型材，其特征在于，所述促进剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰、过氧化异辛酸叔丁酯、双氰胺、二苯酚、二碱基酸二酰肼、三氟化硼胺络盐、密胺、咪唑类和金属咪唑盐化合物中的任意一种或多种，所述脱模剂为硬脂酸盐类、三乙醇胺油类、磷酸酯和卵磷酸化合物中的任意一种或多种。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的拉挤型材，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

8.根据权利要求7所述的拉挤型材，其特征在于，所述位于表面的多轴向织物上胶坯布为两层或三层多轴向织物上胶坯布，所述位于中间的多轴向织物上胶坯布为两层或三层多轴向织物上胶坯布。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的拉挤型材，其特征在于，所述多轴向织物为连续纤维毡、复合毡、针织毡、双轴向玻璃布、三轴向玻璃布和方格布中的任意一种或多种。

10.一种制备根据权利要求1-9中任一项所述的拉挤型材的方法，包括如下步骤：

1)制备树脂基体；

2)将多轴向织物用步骤1)制得的树脂基体浸胶，在30-200℃的温度下进行半固化，制得多轴向织物上胶坯布；

3)对多根玻璃纤维以及步骤2)制得的多轴向织物上胶坯布进行烘干处理，利用排纱装置将多根玻璃纤维及多轴向织物上胶坯布排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布排布在整个第一中间产物的表面及中部；

4)将步骤3)得到的第一中间产物在步骤1)制得的树脂基体中浸润，得到第二中间产物；

5)将第二中间产物在模具中高温固化成型。

11.根据权利要求10所述的拉挤型材的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备树脂基体；

2)将多轴向织物用步骤1)制得的树脂基体浸胶，在50-120℃的温度下进行半固化，制得多轴向织物上胶坯布；

3)对多根玻璃纤维以及步骤2)制得的多轴向织物上胶坯布进行烘干处理，利用排纱板将多根玻璃纤维及多轴向织物上胶坯布排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布排布在整个第一中间产物的表面及中部；

4)将步骤3)得到的第一中间产物在步骤1)制得的树脂基体中浸润，得到第二中间产物；

5)将第二中间产物在模具中高温固化成型。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：将100质量份的树脂、10-100质量份固化剂、0.5-5质量份脱模剂、0.5-2.5质量份促进剂、0.5-1.5质量份偶联剂置于分散釜中，在300-1000rpm的条件下搅拌30-90分钟后，得到树脂基体。

说明书

一种高强度拉挤型材及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种材料，尤其涉及一种型材。本发明还涉及该型材的制备方法。

背景技术

[0002] 玻璃纤维是一种人造无机纤维，具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻、吸湿低、延伸小及电绝缘性能好等一系列优异特性，其在机械、电气、光学、耐腐蚀、隔热及吸声等方面发挥出无可比拟的特性，被认为是优异的增强材料。

[0003] 拉挤成型是将浸渍树脂胶液的玻璃纤维、布或带通过规定截面的模具，连续引拔出成型制品，生产自动化程度高、成本低。玻璃纤维作为拉挤型材的主要增强材料，它与各种树脂相结合，衍生出许多优异性能，导致拉挤型材具有优良的比强度、刚度、耐气候性、耐腐蚀性和耐用性，但拉挤型材最大的弱点是单向强度高，无法满足型材多向强度的要求，这限制了拉挤型材在风电、航空、桥梁、建筑、汽车等领域的应用。

[0004] CN 103707523 A公开了一种运用编织技术增强FRP拉挤型材横向强度的方法，该方法利用编织机将玻璃纤维编织成圆管型编织层包覆在预成型的纵向拉挤纤维表面，用来增强型材的横向强度。

[0005] CN 204201451 U公开了一种增强型玻璃钢拉挤型材，包括树脂基体、纤维层、和外保护层，纤维层位于树脂基体内部，外保护层位于树脂基体外部，外保护层为多轴向织物。

[0006] 但是，现有技术生产的增强型拉挤型材，只关注于型材表面增强设计，通过采用多轴向织物或编织层来增强型材表面横向强度。实际应用中，一旦表面增强层破坏，拉挤型材的性能就大幅降低。因此本领域亟需一种性能更好的型材。

发明内容

[0007] 为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明通过采用多轴向织物上胶坯布在型材内部及表面进行多层增强设计(优选还加入偶联剂)来提高内部结合力，获得加工使用性能更加优异、综合性能更加优异的型材。

[0008] 本发明的一个方面在于，提供一种高强度拉挤型材，包括树脂基体1、玻璃纤维2以及多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8，其特征在于，所述玻璃纤维2均匀分布于树脂基体1的内部；所述多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8为多轴向织物预先采用树脂基体1浸胶并半固化而成，分别位于该拉挤型材的表面及中部。

[0009] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述玻璃纤维2均匀分布于树脂基体1的内部，用于增强该拉挤型材的轴向强度，位于表面的多轴向织物上胶坯布3,4,7,8用于保护该拉挤型材的表面并增强该拉挤型材表面的横向强度，位于中部的多轴向织物上胶坯布5,6用于增强该拉挤型材的整体横向强度。应该注意的是，上述玻璃纤维2的作用有可能不仅限于增强该拉挤型材的轴向强度，而是还可能起到其他作用。上述位于表面的多轴向织物上胶坯布的作用有可能不仅限于保护该拉挤型材的表面并增强该拉挤型材表面的横向强度，而是还可能起到其他作用。上述位于中部的多轴向织物上胶坯布5,6的作用有可能不仅限于增强该拉挤型材的整体横向强度，而是还可能起到其他作用。

[0010] 本发明通过采用多轴向织物在型材内部及表面进行多层增强设计，实现提高型材横向强度的目的。本发明的发明人经过大量实验发现，如果只在拉挤型材的表面进行增强设计(即如果多轴向织物上胶坯布仅位于该拉挤型材的表面)，由于表面的多轴向织物上胶坯布在长时间使用过程中容易被外力破坏掉，拉挤型材的多向强度和耐用性均不佳。只有在表面和中间都进行增强设计，效果才最好。

[0011] 本发明通过将多轴向织物预先浸胶并半固化形成多轴向织物上胶坯布，可以提高多轴向织物在排纱和拉挤过程中的力学性能，保证多轴向织物在型材内部及表面的结构完整性，有利于提高型材的横向强度。

[0012] 本发明通过多轴向织物预先浸胶并半固化形成多轴向织物上胶坯布，解决了快速拉挤过程中多轴向织物难以充分浸渍，从而型材容易分层的难题，提高了树脂基体与多轴向织物的结合力，有利于提高型材的横向强度。

[0013] 在本发明的一个优选的实施方式中，以所述拉挤型材的总重量计，所述树脂基体1的含量为20-30wt％，所述玻璃纤维2的含量为20-60wt％、优选为30-40wt％，所述多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8的含量为20-60wt％、优选为30-40wt％。本发明的发明人经过大量实验发现，根据上述比例制得的拉挤型材的多向强度尤其好。

[0014] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述树脂基体1包括100质量份的树脂、10-100质量份的固化剂、0.5-5质量份的脱模剂、0.5-2.5质量份的促进剂和0.5-1.5质量份的偶联剂。

[0015] 本发明树脂基体中加入偶联剂等，提高树脂对玻璃纤维及多轴向织物的浸润及粘结性；通过控制树脂基体，加入偶联剂等，提高树脂对玻璃纤维及多轴向织物的粘结性，获得加工使用性能优异、综合性能优异的型材。

[0016] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述树脂为不饱和树脂、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、乙烯基树脂和热固性甲基丙烯酸树脂中的任意一种或多种。

[0017] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述固化剂为酸酐和/或胺类固化剂。

[0018] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述促进剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰、过氧化异辛酸叔丁酯、双氰胺、二苯酚、二碱基酸二酰肼、三氟化硼胺络盐、密胺、咪唑类和金属咪唑盐化合物中的任意一种或多种。

[0019] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述脱模剂为硬脂酸盐类、三乙醇胺油类、磷酸酯和卵磷酸化合物中的任意一种或多种。

[0020] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

[0021] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述位于表面的多轴向织物上胶坯布3,4,7,8为一层或多层多轴向织物上胶坯布，优选为多层多轴向织物上胶坯布，更优选为两层或三层多轴向织物上胶坯布。本发明的发明人经过大量实验发现，多层多轴向织物上胶坯布的效果远好于使用单层多层多轴向织物上胶坯布的效果，而使用两层或三层多层多轴向织物上胶坯布的效果最好。

[0022] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述两层或多层多轴向织物上胶坯布之间可以是连续的，也可以间隔有玻璃纤维。

[0023] 虽然在本发明的图1中仅示出了在拉挤型材中间仅有连续的两层多轴向织物上胶坯布的一个实施方式，但是本领域技术人员将理解，本发明还可以采用在拉挤型材中间相间排布有玻璃纤维和多轴向织物上胶坯布的实施方式。

[0024] 在本发明中，玻璃纤维可以通过本领域已知的任意方式分布在该拉挤型材中。

[0025] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述位于中间的多轴向织物上胶坯布5,6为一层或多层多轴向织物上胶坯布，优选为多层多轴向织物上胶坯布，更优选为两层或三层多轴向织物上胶坯布。本发明的发明人经过大量实验发现，多层多轴向织物上胶坯布的效果远好于使用单层多层多轴向织物上胶坯布的效果，而使用两层或三层多层多轴向织物上胶坯布的效果最好。

[0026] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述多轴向织物为连续纤维毡、复合毡、针织毡、双轴向玻璃布、三轴向玻璃布和方格布中的任意一种或多种。

[0027] 本发明的另一个目的在于，提供一种制备上述拉挤型材的方法，包括如下步骤：

[0028] 1)制备树脂基体1；

[0029] 2)将多轴向织物用步骤1)制得的树脂基体1浸胶，在30-200℃的温度下、优选在50-120℃的温度下进行半固化，制得多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8；

[0030] 3)对多根玻璃纤维2以及步骤2)制得的多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8进行烘干处理，利用排纱装置、优选排纱板将多根玻璃纤维2及多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8排布在整个第一中间产物的表面及中部；

[0031] 4)将步骤3)得到的第一中间产物在步骤1)制得的树脂基体1中浸润，得到第二中间产物；

[0032] 5)将第二中间产物在模具中高温固化成型。

[0033] 在本发明的方法的步骤1)中，所述树脂基体1是液态的；在步骤2)中，所述树脂基体1在浸胶时是液态的，在半固化以后是未完全固化的(也就是在所谓的“B阶段”)；在步骤5)中，所述树脂基体1经过高温固化，变成固体形式。因此，在本发明最终制得的拉挤型材产品中，所述树脂基体1是固态的。

[0034] 在本发明的一个优选的实施方式中，步骤5)中所述的高温固化成型中的高温是指130℃以上，优选150-200℃。

[0035] 本发明通过将多轴向织物预先浸胶并半固化形成多轴向织物上胶坯布，可以提高多轴向织物在排纱和拉挤过程中的力学性能，保证多轴向织物在型材内部及表面的结构完整性，有利于提高型材的横向强度。步骤2)中将多轴向织物进行预浸渍，能够使得树脂基体与多轴向织物结合得更好，这样制得的拉挤型材的多向强度更好。

[0036] 本发明通过多轴向织物预先浸胶并半固化形成多轴向织物上胶坯布，解决了快速拉挤过程中多轴向织物难以充分浸渍，从而型材容易分层的难题，提高了树脂基体与多轴向织物的结合力，有利于提高型材的横向强度。

[0037] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述步骤1)具体为：将100质量份的树脂、10-100质量份固化剂、0.5-5质量份脱模剂、0.5-2.5质量份促进剂、0.5-1.5质量份偶联剂置于分散釜中，在300-1000rpm的条件下搅拌30-90分钟后，得到树脂基体1。

[0038] 本发明树脂基体中加入偶联剂等，提高树脂对玻璃纤维及多轴向织物的浸润及粘结性；通过控制树脂基体，加入偶联剂等，提高树脂对玻璃纤维及多轴向织物的粘结性，获得加工使用性能优异、综合性能优异的型材。

[0039] 在本发明的一个优选的实施方式中，制备上述拉挤型材的方法，包括如下步骤：

[0040] 1)树脂基体的制备：

[0041] 将100质量份树脂、10-100质量份固化剂、0.5-5质量份脱模剂、0.5-2.5质量份促进剂、0.5-1.5质量份偶联剂置于分散釜中，在300r/min-1000r/min的条件下搅拌30min-90min后，得到含有树脂、固化剂、促进剂、偶联剂和脱模剂的树脂基体；

[0042] 2)多轴向织物上胶坯布的制备：

[0043] 采用步骤1)制备好的树脂基体，利用上胶机将多轴向织物浸胶，在50℃-120℃温度下在烘箱中进行半固化，制备出多轴向织物上胶坯布，上胶坯布树脂含量为20％～30％；

[0044] 3)烘干排纱：

[0045] 利用烘干房对多根玻璃纤维及步骤2)制得的多轴向织物上胶坯布进行烘干处理，利用排纱板将多根玻璃纤维及多轴向织物上胶坯布排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布在整个第一中间产物中呈上、中、下分布(如图1所示)；

[0046] 4)浸润：

[0047] 将步骤3)得到的第一中间产物在步骤1)制得的树脂基体中浸润，得到第二中间产物。

[0048] 5)固化成型：

[0049] 将第二中间产物在模具中高温固化成型。

[0050] 在本发明中，除非另有说明，所有份数均为质量份数，所有百分比均为重量百分比。

[0051] 本发明的有益效果在于：本发明的拉挤型材制造工艺简单、产品的强度高、加工使用性能和综合性能优异，尤其是该拉挤型材的多向强度好，耐用性好。

附图说明

[0052] 图1是本发明的拉挤型材的一个实施方式的横截面结构示意图，其中，1表示树脂基体，2表示玻璃纤维，3、4、5、6、7、8均为多轴向织物上胶坯布。

具体实施方式

[0053] 下面结合非限制性的具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。

[0054] 本发明实施例中所用的各种原材料和仪器均为本领域常规的原材料和仪器，可以通过市售方法获得。

[0055] 实施例1

[0056] 1)树脂制备：将100质量份环氧树脂，85质量份甲基四氢苯酐，3质量份硬酯酸锌、0.5质量份硅烷偶联剂、1质量份三氟化硼胺络盐置于分散釜中，在500rpm的条件下搅拌60分钟后，得到树脂基体。

[0057] 2)多轴向织物上胶坯布制备

[0058] 采用步骤1)制备好的树脂基体，利用上胶机将多轴向织物浸胶，并在120℃的烘箱中烘烤3min进行半固化，制备出多轴向织物上胶坯布。所述多轴向织物为连续纤维毡，所述多轴向织物上胶坯布3、4、5、6、7、8分别为1层连续纤维毡上胶坯布。

[0059] 3)烘干排纱

[0060] 利用烘干房对玻璃纤维及步骤2)制得的多轴向织物上胶坯布进行烘干处理，利用排纱板将玻璃纤维及多轴向织物上胶坯布排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布3,4,5,6,7,8排布在整个第一中间产物的表面及中部(如图1所示)。

[0061] 4)浸润

[0062] 将步骤3)得到的第一中间产物在步骤1)制得的树脂基体1中浸润，得到第二中间产物。

[0063] 5)固化成型

[0064] 将第二中间产物在一区温度130℃±5℃，二区温度150℃±5℃，三区温度140±5℃，及牵引速度0.05～0.5m/min工艺下在模具中固化成型。

[0065] 实施例2

[0066] 与实施例1相比，不同之处仅在于，所述多轴向织物为复合毡，所述多轴向织物上胶坯布3、4、5、6、7、8分别为1层复合毡上胶坯布。

[0067] 实施例3

[0068] 与实施例1相比，不同之处仅在于，所述多轴向织物为针织毡，所述多轴向织物上胶坯布3、4、5、6、7、8分别为1层针织毡上胶坯布。

[0069] 实施例4

[0070] 与实施例1相比，不同之处仅在于，所述多轴向织物为双轴向布，所述多轴向织物上胶坯布3、4、5、6、7、8分别为1层双轴向布上胶坯布。

[0071] 实施例5

[0072] 与实施例1相比，不同之处仅在于，所述多轴向织物为连续纤维毡或复合毡或双轴向布，所述多轴向织物上胶坯布3、8分别为1层连续纤维毡上胶坯布，4、7分别为1层双轴向布上胶坯布，5、6分别为1层复合毡上胶坯布。

[0073] 对比例1

[0074] 与实施例1相比，不同之处仅在于，所述多轴向织物上胶坯布仅在表面进行增强。即步骤3)中利用排纱板将玻璃纤维及多轴向织物上胶坯布排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布3,4,7,8排布在整个第一中间产物的表面及中部。也就是说，对比例
1制得的拉挤型材仅具有分布在拉挤型材表面的多轴向织物上胶坯布3、4、7、8，而不具备分布在拉挤型材内部的多轴向织物上胶坯布5、6。

[0075] 对比例2

[0076] 与实施例5相比，不同之处仅在于，多轴向织物上胶坯布仅在表面进行增强。即步骤3)中利用排纱板将玻璃纤维及多轴向织物上胶坯布排列整齐得到第一中间产物，使得多轴向织物上胶坯布3,4,7,8排布在整个第一中间产物的表面及中部。也就是说，对比例1制得的拉挤型材仅具有分布在拉挤型材表面的多轴向织物上胶坯布3、4、7、8，而不具备分布在拉挤型材内部的多轴向织物上胶坯布5、6。其中，多轴向织物上胶坯布3、8分别为1层连续纤维毡上胶坯布，4、7分别为1层双轴向布上胶坯布。

[0077] 实施例6

[0078] 通过JB/T10508-2005、GB/T1450.2-2005、GB/T1447-2005规定的测试方法，测量实施例1-5和对比例1-2制得的拉挤型材的抗劈强度、断纹剪切强度及拉伸强度，如下表1所示。

[0079] 表1

[0080]

[0081] 从表1可以看出，实施例1-5相对于对比例1-2，抗劈强度及断纹剪切强度均大幅提高，而拉伸强度变化不大。说明采用本专利方法进行增强设计的拉挤型材，在不影响拉挤型材纵向强度的基础上，横向强度得到大幅提高，产品综合性能优异。

[0082] 应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。