[发明专利]稀土改性玻璃纤维环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法，尤其涉及的是一种稀土改性玻璃纤维环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

玻璃纤维的主要成分是SiO₂，B₂O₃，以及钠、钾、钙、铝等的氧化物。一般说来，玻璃的化学稳定性比较好，玻璃纤维具有耐高温、高强度、高弹性模量、抗蠕变等特点，是制备高性能树脂基复合材料最常用的增强纤维。玻璃纤维增强环氧树脂复合材料具有的优异耐高温、抗辐照、高强度比和高刚度比、自润滑、耐磨、耐疲劳及耐腐蚀等特点，潜在的应用包括汽车和燃料系统部件、轴承、电子零部件、抗刮伤外壳等，这种复合材料另外的特性是阻燃性好、能回收利用、高度耐热和尺寸稳定等，广泛应用于汽车、建材、包装、运输、化工、造船、家具、航空、航天等领域，可用作结构材料和摩擦材料。

但是，玻璃纤维与热塑性树脂基体之间的亲和性较差，缺少化学键合且界面层存在不相溶组分，界面粘结强度低，复合时容易在界面上形成空隙和缺陷，增强体与基体树脂难以形成有效粘结。复合材料界面是增强相与基体联系的纽带，也是增强相发挥有效能力的桥梁。为此，必须通过对玻璃纤维的表面改性及基体的物理、化学改性等方法，来改善纤维与基体之间的浸润性，甚至在纤维与基体之间形成化学结合，以提高纤维与基体之间的界面结合程度，获得层间剪切强度高的复合材料。

目前，主要应用氧化法、沉积法、电聚合与电沉积法、等离子体处理等来改善玻璃纤维与聚合物基体的界面结合力，以提高玻璃纤维增强聚合物复合材料的综合性能。这些方法在一定程度上改善了界面相的结合力，提高了复合材料的使用价值，但达不到理想的效果，存在着效果不稳定、容易退化、对纤维损伤较大、加工性能差等缺点，致使复合材料的界面结合力较差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种稀土改性玻璃纤维环氧树脂复合材料制备方法，本发明将经过稀土改性剂处理的玻璃纤维填充到环氧树脂制备成复合材料，以提高玻璃纤维环氧树脂复合材料的界面的结合力，进而提高复合材料的实际工程应用价值；具有工艺简单，低成本高效率的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

①首先，对玻璃纤维进行烧蚀预处理，使其表面有机物残留量在1％以下；

②采用稀土改性剂处理，将玻璃纤维在室温下浸入稀土改性剂中，浸泡2～4小时，过滤后，烘干；

③将处理后的短切或粉状玻璃纤维同环氧树脂粉料进行机械共混，然后将混合粉料放入平板硫化机模具中成型；

④将模压成型后的复合材料连同模具一起取出，随室温冷却，获得玻璃纤维环氧树脂耐磨复合材料。

所述的烧蚀预处理，是指：在450～600℃中烧蚀0.5～1小时。

所述的稀土改性剂的组分重量百分比为：稀土化合物：2～10％、乙醇：75～95％、乙二胺四乙酸(EDTA)：1～10％、氯化铵：1～5％、硝酸：0.5～1％、尿素：0.5～2％。

所述的稀土化合物为氯化镧、氯化铈、氧化镧或氧化铈。

所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维；所述的环氧树脂为热塑性环氧树脂或热固性环氧树脂。

所述的混合粉料的组分质量百分比：环氧树脂35～45％、玻璃纤维、10～20％，余量：包括二硫化钼和/或无机颜料的辅料。

所述的成型，先将炉温升温至280℃左右，保持60分钟，对预成型坯料进行预塑，压力控制在10～14MPa，然后再以60℃小时的速度升温至320～360℃，保温1小时，随后采用随炉降温的方式降温到200℃，在整个过程中压力始终保持在恒定压力下，当温度降到200℃以下后将压力去掉，脱模成型。

本发明先对玻璃纤维进行预处理以去除表面残留的有机物，再在室温下采用稀土改性剂对玻璃纤维进行表面改性处理，根据环氧树脂和固化剂的种类，按照一定的配方和比例配置胶液，将处理后的玻璃纤维浸入环氧树脂胶液制成预浸料，然后将预浸料叠层后热压固化成型，制成玻璃纤维环氧复合材料。其中，稀土改性剂的组分包括稀土化合物、乙醇、乙二胺四乙酸、氯化铵、硝酸和尿素。