一种玻纤有机玻璃增强PVC复合板材及其制备方法与流程
本发明涉及pvc复合板材领域，具体而言，涉及一种玻纤有机玻璃增强pvc复合板材及其制备方法。
背景技术：
1、在汽车、建筑、能源、工业以及运输产业等领域，材料解决方案正逐渐发生改变。从传统材料转向高性能复合材料，这为高性能复合材料的快速推广和使用提供了市场机遇。材料科学，尤其是复合材料，是当今推动技术发展的主要动力之一。由于对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量与日俱增，促进了玻璃纤维及其复合材料工业的发展。
2、pvc是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛。pvc有硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯用于建筑管材、门窗。它还用于制造塑料瓶、包装、银行卡或会员卡。pvc中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。
3、公开号为cn118344684a的专利，公开了一种高强度pvc复合板材及其生产工艺，其通过玻璃纤维与pvc树脂的复合使得复合板材具有良好的力学性能和冲击强度。
4、公开号为cn118240129b的专利，公开了一种高透光丙烯酸树脂及高透光光伏前板，将纳微材料与玻璃纤维布热压复合的工艺，得到高透光的丙烯酸树脂。
5、可见材料复合是常见的材料性能改善的方法之一，但是现有的pvc复合板材强度性能和拉伸性能等依旧较低。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种玻纤有机玻璃增强pvc复合板材及其制备方法，解决现有pvc复合板材的强度性能和拉伸性能较差的问题。
2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：
3、一种玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，包括：
4、s100、以重量份计，在反应釜中加入400-500份甲基丙烯酸甲酯和4-5份引发剂后，用3.5-4.5h均匀升温至80-100℃，再恒温1.5-2.5h，最后用冷冻盐水降温至30度以下，得到预聚体；
5、s200、将玻璃纤维与预聚体均匀混合后，通过固化工序使得玻璃纤维与预聚体复合形成玻纤有机玻璃；
6、s300、通过热压工序将玻纤有机玻璃与pvc材料复合得到玻纤有机玻璃增强pvc复合板材。
7、预聚体可制成粒径为0.3-0.6mm的颗粒。
8、恒温反应1.5-2.5h后，体系的粘度达到5pa·s。为了确保玻璃纤维表面的清洁，提高其与预聚体的粘附性，在玻璃纤维与预聚体混合前可以先对玻璃纤维进行清洗、表面改性或增加涂层等。
9、固化工序可采用物理热固法，将玻璃纤维浸渍在有机玻璃预聚体中后，在70-80℃下固化，形成合适厚度的片材，厚度可选择0.2-0.4mm。
10、s300也可采用粘结工序，但是粘结的环保性较差，所以本发明采用热压工序，先将pvc粉末通过挤出机挤出成型，将玻纤有机玻璃放在挤出成型的pvc上方和下方，使二者堆叠在一起，然后通过热压机将二者压制成型。热压温度可选择120-160℃，压力可选择55-70pa，热压速度可选择3-5米/分钟。
11、通过玻璃纤维，预聚体的复合配合pvc得到的复合材料极大增强了pvc的强度，延长其使用寿命。pvc在两层玻纤有机玻璃之间，pvc层可增加板材的厚度，避免板材全部采用玻纤有机玻璃制成导致的成本问题，在pvc复合板材压型时，玻璃纤维可提高有机玻璃层的抗拉能力。
12、优选的，以重量份计，固化工序包括：在600-800份甲基丙烯酸甲酯中加入120-180份玻璃纤维、300-450份预聚体、70-100份顺丁烯二酸、1.5-3份乳化剂和2-4份引发剂后，在温度65-105℃下反应5-10h，得到玻纤有机玻璃，玻璃纤维的直径为12-16微米，长度为0.25mm-0.5mm。
13、玻璃纤维与pmma的相容性较差，直接通过热固复合玻璃纤维与pmma得到的玻纤有机玻璃的结构稳定性较差，尤其在后续加工成型的过程中，玻璃纤维在体系中松动会影响产品整体的性能，比如抗压强度和抗弯强度等。申请人为了提高玻璃纤维与pmma的相容性，对固化工序做了进一步改进，采用化学固化工序，并通过固化工序改进玻纤有机玻璃结构，提升其强度，耐水性，耐热性以及耐酸碱性。通过再次加入甲基丙烯酸甲酯，并改变两次引发剂的配比，预聚体制备过程中引发剂用量较高，预聚体的强度较大，固化工序中引发剂用量较低，使得玻纤有机玻璃更容易在体系中均匀分散，并优化产物结构。反应体系为一种三元共聚体系，使得玻纤有机玻璃具有高分子量，低交联度的pmma特性、低分子量，高交联度的pmma特性以及mma与顺丁烯二酸聚合后的特性，使得材料在成型工艺过程中，玻璃纤维的位置稳定性增强，减少浮纤现象的发生。如果全是高交联度的pmma，在使用过程中，容易老化，而老化后的变形又会影响玻璃纤维与pmma的相容性，进一步加巨产物老化后的性能降低，如果全是低交联度的pmma其力学强度又不够，而本发明在通过合理的固化工艺以及原料配比实现了玻纤有机玻璃在不易老化的基础上，力学性能更强，玻纤的分散更加均匀，即使高交联度部分的结构出现老化，在结构互锁以及结构复合下，老化导致的整体形变减少，材料整体结构的稳定性增加。顺丁烯二酸还可促进玻璃纤维的均匀分散。
14、优选的，以重量份计，固化工序中顺丁烯二酸的投加操作包括：在反应体系中一次投加10-15份顺丁烯二酸，然后在体系反应的过程中，先在2-4h内匀速投加10-25份顺丁烯二酸，然后在1-2h内匀速投加40-65份顺丁烯二酸，最后在3-4h内匀速投加10-20份顺丁烯二酸。
15、如果顺丁烯二酸一次性全部投加于反应体系中，反应体系的粘度难以控制且迅速增加，不利于玻璃纤维的均匀分散。顺丁烯二酸的投加可以增加体系的分散性，但是到达一定量后，分散性又会下降，本发明中顺丁烯二酸的一次投加量较少，可确保体系的均匀度，同时低交联度的产物结构与玻璃纤维的相容性更好。二次投加时顺丁烯二酸的投加速度增加，可在玻璃纤维均匀分散并稳定后，使得原料快速聚合，提高材料的分子量和交联度，提高产品的力学性能。三次投加时再次降低顺丁烯二酸的投加速度，是为了避免二次投加时间过长导致反应温度持续升高，热量难以及时释放。如果通过降低二次投加的速度，来解决热量的释放问题，其链段结构中刚性链段与柔性链段的取向相互作用降低，进而降低二者的相分离强度，材料整体的互补效果降低，比如材料老化后，低交联结构对高交联结构形变的补偿会减少。由于顺丁烯二酸还有促进玻璃纤维分散的功能，所以本发明现在反应体系中一次性投加一定量的顺丁烯二酸，以便体系中玻璃纤维的均匀分散，由于反应过程中顺丁烯二酸会被不断的消耗，所以后续顺丁烯二酸的投加速度在满足反应速率要求的情况下，还需要同步满足玻璃纤维的分散，进而选择了特定的投加速度。
16、重量份是以顺丁烯二酸的总量来计算，比如顺丁烯二酸总用量为500g，一次投加10份，二次投加40份，三次投加10份，则一次投加500*10/（10+40+10）≈83.33g。
17、优选的，以重量份计，固化工序中引发剂的投加操作包括：先在2-4h内匀速投加0.5-1份引发剂，然后在1-2h内匀速投加1.5-3份引发剂。
18、一次投加引发剂可与一次投加顺丁烯二酸同步，二次投加引发剂也可与二次投加顺丁烯二酸同步。引发剂一份代表的量与固化工序中预聚体一份代表的量一致。
19、在引发剂投加初期较为缓慢，聚合单体有更多的时间进行定向排列，聚合产物结晶度更高，材料的耐热性和强度可大幅提高。在二次投加时，需要单体之间快速聚合，所以提高引发剂投加速度。同时，体系的粘度上升后，引发剂扩散较慢，所以需要增加引发剂用量。在顺丁烯二酸二次投加的过程中投加过量的引发剂，使得引发剂可用于顺丁烯二酸三次投加时体系的反应，避免此时需要降低反应速度而体系粘度大，又需要增加引发剂用量的矛盾。
20、优选的，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧苯甲酰和bpo/dma混合体系中的一种或多种，所述乳化剂包括op-10、烷基硫酸盐、聚氧乙烯醚和卵磷脂中的一种或多种。
21、通过试验得到引发剂选用bpo/dma混合体系且一次使用时，以重量份计，bpo与dma的用量比为0.65:1，二次使用时，bpo与dma的用量比为0.74:1，产物性能最佳，而乳化剂选用op-10最佳。
22、优选的，以重量份计，玻璃纤维在与预聚体混合之前，先进行预处理，所述预处理操作包括：将40-60份顺丁烯二酸与0.5-1.5份硅烷偶联剂混合后得到ph值为4-6的混合液，混合液在50-60℃下反应1-2.5h后加入80-100份加入玻璃纤维和1-2份催化剂，在60-70℃下浸渍5-8h后，得到预处理后的玻璃纤维。
23、顺丁烯二酸可促进硅烷偶联剂的水解，通过控制物质的量和物料投加顺序使得体系中存在多种反应，比如玻璃纤维在催化剂作用下与顺丁烯二酸反应，可增加玻璃纤维的表面粗糙度，增加玻璃纤维与基体材料的结合度。硅烷偶联剂和顺丁烯二酸反应后再与玻璃纤维反应可提高界面粘合力，硅烷偶联剂与玻璃纤维反应，可在玻璃纤维与基体之间形成化学键，提高二者结合度。
24、优选的，催化剂包括二氯亚砜、钛酸四丁酯和苯磺酸中的一种或多种。
25、通过试验得到采用钛酸四丁酯最佳。
26、优选的，硅烷偶联剂包括ka1003、kbm-1003、kbm-403和x-12-817h中的一种或多种。
27、通过试验得到采用kbm-403最佳。
28、优选的，使用钙基脂在预处理后的玻璃纤维表面形成润滑层，所述润滑层的水解温度为60-80℃。
29、通过钙基脂可增加固化工序初期玻璃纤维的分散性，玻璃纤维分散后，在反应温度下，润滑层水解为水和二氧化碳，露出预处理后的玻璃纤维表面，增加玻璃纤维与基体材料的结合度。
30、一种所述制备方法制得的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材。
31、本发明至少具有以下有益效果：
32、本发明提供的pvc复合板材具有高强度、抗老化和使用寿命长的优点；本发明通过改进后的固化工序解决了玻璃纤维在加工过程中分散性差的问题，还解决了玻璃纤维与pmma相容性差的问题；玻璃纤维的预处理进一步增加了其与基体材料的结合度，而润滑层进一步增加了玻璃纤维的分散性。
技术特征：
1.一种玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述固化工序包括：在600-800份甲基丙烯酸甲酯中加入120-180份玻璃纤维、300-450份预聚体、70-100份顺丁烯二酸、1.5-3份乳化剂和2-4份引发剂，在温度65-105℃下反应5-10h，得到玻纤有机玻璃，玻璃纤维的直径为12-16微米，长度为0.25mm-0.5mm。
3.根据权利要求2所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述固化工序中顺丁烯二酸的投加操作包括：在反应体系中一次投加10-15份顺丁烯二酸，然后在体系反应的过程中，先在2-4h内匀速投加10-25份顺丁烯二酸，然后在1-2h内匀速投加40-65份顺丁烯二酸，最后在3-4h内匀速投加10-20份顺丁烯二酸。
4.根据权利要求3所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述固化工序中引发剂的投加操作包括：先在2-4h内匀速投加0.5-1份引发剂，然后在1-2h内匀速投加1.5-3份引发剂。
5.根据权利要求2所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧苯甲酰和bpo/dma混合体系中的一种或多种，所述乳化剂包括op-10、烷基硫酸盐、聚氧乙烯醚和卵磷脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，以重量份计，玻璃纤维在与预聚体混合之前，先进行预处理，所述预处理操作包括：将40-60份顺丁烯二酸与0.5-1.5份硅烷偶联剂混合后得到ph值为4-6的混合液，混合液在50-60℃下反应1-2.5h后加入80-100份加入玻璃纤维和1-2份催化剂，在60-70℃下浸渍5-8h后，得到预处理后的玻璃纤维。
7.根据权利要求6所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括二氯亚砜、钛酸四丁酯和苯磺酸中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，硅烷偶联剂包括ka1003、kbm-1003、kbm-403和x-12-817h中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材的制备方法，其特征在于，使用钙基脂在预处理后的玻璃纤维表面形成润滑层，所述润滑层的水解温度为60-80℃。
10.一种由权利要求1-9任一项所述制备方法制得的玻纤有机玻璃增强pvc复合板材。
技术总结
本发明涉及PVC复合板材生产领域，用以解决现有PVC复合板材的强度性能较差的问题，提供了一种玻纤有机玻璃增强PVC复合板材及其制备方法，S100、在反应釜中加入400‑500份甲基丙烯酸甲酯和4‑5份引发剂后，用3.5‑4.5h均匀升温至80‑100℃，再恒温1.5‑2.5h，最后用冷冻盐水降温至30度以下，得到预聚体；S200、将玻璃纤维与预聚体均匀混合后，通过固化工序使得玻璃纤维与预聚体复合形成玻纤有机玻璃；S300、通过热压工序将玻纤有机玻璃与PVC材料复合得到玻纤有机玻璃增强PVC复合板材。本发明提供的PVC复合板材具有高强度、抗老化和使用寿命长的优点；本发明通过改进后的固化工序解决了玻璃纤维在加工过程中分散性差的问题，还解决了玻璃纤维与PMMA相容性差的问题。
技术研发人员：何勇,吴敏,牟鸿源
受保护的技术使用者：四川兴彩高新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23