微發泡相變樹脂基復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種微發泡相變樹脂基復合材料及其制備方法，微發泡相變樹脂基復合材料，由上層、中間層和底層構成的三明治結構；其中上層和底層為玻璃纖維增強塑脂層，中間層為由相變復合材料構成的微發泡層。所述上層、中間層和底層分別為未發生或者極少發生交聯反應的預制片材，然后再經過一定壓力一定溫度下的模壓，使各界面充分發生交聯反應從而形成有機結合的整體。本發明專利技術夾心層采用微發泡技術，熱交換面積大，具有優異的蓄熱儲能作用；能承受較大的載荷；在同樣的載荷下，新型復合材料厚度可以更薄；通過本方法模壓制備的三明治結構，三層之間結合牢固。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及相變復合材料，特別是涉及微發泡相變樹脂基復合材料及其制備方法，屬于建筑材料、復合材料

技術介紹
建筑行業是我國國民經濟的支柱產業之一，對于國民經濟的發展起著巨大的推動作用。目前由于對環境的重視程度不斷提高，致使我國建筑業也朝著節能減排、綠色環保和科技創新的方向發展。同時，對于居民來講，建筑的宜居性則是考量建筑商品價值的重要方面。傳統的建筑材料如水泥、鋼鐵、木材等已經越來越難以滿足人們和環境的不同需求，而塑料建材作為新型建材由于其具有節能環保、改善居住條件和提高建筑質量等優勢而在建筑工程中被廣泛采用。其中，復合材料由于其能綜合不同材料的性能優勢而越來越受到研究人員的青睞，一般來講，現代復合材料技術都是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強材料組合在一起，其中基體材料分為三類：樹脂基、金屬基和無機非金屬基；增強材料也可分為三類：纖維狀、顆粒狀和片狀。對于墻體、地板等建筑又以性能優越、價格不貴的玻璃纖維樹脂基復合材料作為科研人員的主要的研究對象。當然，玻璃纖維樹脂基復合材料的應用非常廣泛，除了建筑業以外還有比如航空航天、交通運輸、風電葉片等很多領域。相變材料（PCM）儲能就是利用物質相變過程的熱效應進行能量的儲存和釋放。它的相轉變過程是一個近似等溫的過程，在這個過程中儲存或釋放能量。使用相變材料進行儲熱具有溫度恒定、儲熱密度大、儲熱容器體積小和熱效率高的優點。因此，將相變儲能材料融入到玻璃增強樹脂基復合材料當中，使得復合材料不但力學性能優越，而且還具有蓄熱儲能的功能，這對于玻璃增強樹脂基復合材料的進一步發展及其拓寬運用具有重要的意義。當前，玻璃纖維增強復合材料研究主要集中在復合材料的基體性能改善、玻璃纖維改性、界面行為、微觀結構以及力學性能等方面；對于相變儲能材料的研究，多數研究者則集中在各種相變材料的制備（包括固-固相變材料、固-液相變材料、固-氣相變材料、液-氣相變材料等），相變材料的性能特性及其應用。學者針對玻璃纖維增強復合材料以及相變儲能材料分別進行了相關的研究，但是都是較為單一的研究，沒有進行二者有機的結合，即使有學者將相變儲能材料運用在建筑中，也主要是將相變材料添加在水泥等傳統材料中，對于將相變材料與不飽和聚酯樹脂基復合材料有機結合并運用鮮有報道。因此，隨著人們對建筑材料提出綠色、環保、節能的更高要求時，對于這種既有復合材料的性質，又有儲能功能的新型復合材料的研究就顯得非常必要。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述不足，本專利技術的目的在于提出一種微發泡相變樹脂基復合材料及其制備方法，本復合材料保溫效果優異，承載能力強而重量更輕。本專利技術的技術方案是這樣實現的：微發泡相變樹脂基復合材料，由上層、中間層和底層構成的三明治結構；其中上層和底層為玻璃纖維增強塑脂層，中間層為由相變復合材料構成的微發泡層。所述上層、中間層和底層分別為未發生或者極少發生交聯反應的預制片材，然后再經過一定壓力一定溫度下的模壓，使各界面充分發生交聯反應從而形成有機結合的整體。上述微發泡相變樹脂基復合材料的制備方法，先分別制備上層、中間層和底層，然后將三層模壓制得微發泡相變樹脂基復合材料；各層的具體制備方法為：1）中間層的制備過程如下1.1）相變聚氨酯材料的制備，采用兩步法溶液聚合制備相變聚氨酯材料：1.1.1）將聚乙二醇在110～120℃下真空脫水3～4h，然后降溫至50℃，取計量的聚乙二醇加入到N，N-二甲基甲酰胺中，得混合液；另取計量的4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯溶于N，N-二甲基甲酰胺溶劑后再溶解于前面配置的混合液中，在氮氣的保護下，于60℃恒溫油浴反應2h，生成聚氨酯預聚物；按1mmol聚乙二醇計，N，N-二甲基甲酰胺用量為30mL，4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯用量為2mmol；其中混合液中N，N-二甲基甲酰胺用量為20mL，作為4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯溶劑的N，N-二甲基甲酰胺用量為10mL；1.1.2）將經脫水蒸餾處理的1,4-丁二醇加入到上述聚氨酯預聚物中，擴鏈反應一定時間后，將所得溶液倒入模具中，并在80℃、4000Pa的真空干燥箱中保持一定時間，當溶液完全變成固態后再反應4h左右，即可得到相變聚氨酯材料固體顆粒；按1mmol聚乙二醇計，1,4-丁二醇用量為1mmol；1.2）取樹脂糊，并在樹脂糊中滴加固化劑，再依次加入制備的相變聚氨酯材料和發泡劑，攪勻后加入增稠劑，靜置1～1.5h，然后通過SMC片材機除氣泡以及壓實，隨后密封放入帶有鼓風的烘箱內熟化即得到中間層；其中相變聚氨酯質量占比30%～40%，發泡劑質量占比1%～5%，樹脂糊質量占比53%～68%，增稠劑質量占比0.7%～1%，固化劑質量占比0.3%～0.7%；2）上層和底層的制備取樹脂糊，并在樹脂糊中滴加固化劑，攪勻后加入增稠劑，將攪拌后的混合料與準備好的玻璃纖維充分混合，在樹脂糊初步浸潤玻璃纖維后，再放入SMC片材機中實現纖維的進一步浸漬、除氣泡以及壓實，隨后密封放入帶有鼓風的烘箱內熟化待用；其中玻璃纖維質量占比33%～38%，樹脂糊質量占比61%～65.5%，增稠劑質量占比0.8%～1%，固化劑質量占比0.35%～0.7%；上述樹脂糊由不飽和聚酯樹脂、填料、低收縮劑、內脫模劑按如下質量份調制而成：不飽和聚酯樹脂100；填料220；低收縮劑54；內脫模劑6.15；3）將三層模壓制得最終的微發泡相變樹脂基復合材料將上層、中間層和底層分別裁剪為需要的尺寸，按照底層、中間層和上層鋪層方式疊合放入壓制模具型腔內，在設定的溫度和壓力下進行壓制，壓制后取出冷卻即制備出微發泡相變樹脂基復合材料。具體壓制參數為：模壓機的工作壓力為10～15MPa，模具溫度調節在143℃～148℃之間，模壓時間為3～6min。步驟1.2）中固化劑為過氧化苯甲酰叔丁酯、過氧化甲乙酮、過氧化環己酮或者過氧化苯甲酰；發泡劑為碳酸氫鈉或者偶氮二甲酰胺；增稠劑為MgO或者CaO。步驟2）中固化劑為過氧化苯甲酰叔丁酯、過氧化甲乙酮、過氧化環己酮或者過氧化苯甲酰；增稠劑為MgO或者CaO。步驟2）樹脂糊中低收縮劑為聚乙烯；填料為碳酸鈣、粉煤灰或者二氧化硅；內脫模劑為硬脂酸鋅、硅油或者硅脂。本專利技術利用相變聚氨酯材料（PCMPU）與不飽和聚酯樹脂（UPR）合成PCMPU/UPR可微發泡片材（MFS），然后與玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂SMC片材疊合成三明治結構，再用模壓的方法制備出新型微發泡相變夾芯結構的樹脂基復合材料。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：1、夾心層采用微發泡技術，熱交換面積大，具有優異的蓄熱儲能作用；2、重量比普通建材（如混泥土）輕；3、能承受較大的載荷；在同樣的載荷下，新型復合材料厚度可以更薄；4、通過本方法模壓制備的三明治結構，三層之間結合牢固，比簡單的三層粘接結合力更好。附圖說明圖1-本專利技術三明治結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的具體實施方案作詳細描述。參見圖1，本專利技術微發泡相變樹脂基復合材料，由上層、中間層和底層構成的三明治結構；其中上層和底層為玻璃纖維增強塑脂層，中間層為由相變復合材料構成的微發泡層。相變復合材料為相變聚氨酯和不飽和聚酯發泡形成。所述上層、中間層和底層分別為未發生或者極少發生交聯反應的預制片材，然后再經本文檔來自技高網...

【技術保護點】
微發泡相變樹脂基復合材料，其特征在于：由上層、中間層和底層構成的三明治結構；其中上層和底層為玻璃纖維增強塑脂層，中間層為由相變復合材料構成的微發泡層。

【技術特征摘要】
1.微發泡相變樹脂基復合材料，其特征在于：由上層、中間層和底層構成的三明治結構；其中上層和底層為玻璃纖維增強塑脂層，中間層為由相變復合材料構成的微發泡層。2.根據權利要求1所述的微發泡相變樹脂基復合材料，其特征在于：所述上層、中間層和底層分別為未發生或者極少發生交聯反應的預制片材，然后再經過一定壓力一定溫度下的模壓，使各界面充分發生交聯反應從而形成有機結合的整體。3.權利要求1所述微發泡相變樹脂基復合材料的制備方法，其特征在于：先分別制備上層、中間層和底層，然后將三層模壓制得微發泡相變樹脂基復合材料；各層的具體制備方法為：1）中間層的制備過程如下1.1）相變聚氨酯材料的制備，采用兩步法溶液聚合制備相變聚氨酯材料：1.1.1）將聚乙二醇在110～120℃下真空脫水3～4h，然后降溫至50℃，取計量的聚乙二醇加入到N，N-二甲基甲酰胺中，得混合液；另取計量的4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯溶于N，N-二甲基甲酰胺溶劑后再溶解于前面配置的混合液中，在氮氣的保護下，于60℃恒溫油浴反應2h，生成聚氨酯預聚物；按1mmol聚乙二醇計，N，N-二甲基甲酰胺用量為30mL，4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯用量為2mmol；其中混合液中N，N-二甲基甲酰胺用量為20mL，作為4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯溶劑的N，N-二甲基甲酰胺用量為10mL；1.1.2）將經脫水蒸餾處理的1,4-丁二醇加入到上述聚氨酯預聚物中，擴鏈反應一定時間后，將所得溶液倒入模具中，并在80℃、4000Pa的真空干燥箱中保持一定時間，當溶液完全變成固態后再反應4h左右，即可得到相變聚氨酯材料固體顆粒；按1mmol聚乙二醇計，1,4-丁二醇用量為1mmol；1.2）取樹脂糊，并在樹脂糊中滴加固化劑，再依次加入制備的相變聚氨酯材料和發泡劑，攪勻后加入增稠劑，靜置1～1.5h，然后通過SMC片材機除氣泡以及壓實，隨后密封放入帶有鼓風的烘箱內熟化即得到中間層；其中相變...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳康，李又兵，劉慧，
申請(專利權)人：重慶理工大學，
類型：發明
國別省市：重慶;50