一種可見(jiàn)光固化乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料預(yù)浸料及其制備方法和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體涉及一種可見(jiàn)光固化乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料預(yù)浸料及其制備方法和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乙烯基酯樹(shù)脂，通常需要添加過(guò)氧化物引發(fā)劑，進(jìn)行常溫固化或加熱固化。但在進(jìn)行常溫固化時(shí)，要實(shí)現(xiàn)完全固化需相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，工作效率相對(duì)較低，而且單體(苯乙烯等)揮發(fā)量較多，會(huì)導(dǎo)致作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大氣污染，對(duì)人體有害，并有可能引發(fā)樹(shù)脂組成物的組成比率發(fā)生變化而降低其性能，此外，樹(shù)脂含量及產(chǎn)率也可能受到損失，并且極易發(fā)生火災(zāi)。另夕卜，在不同的溫度條件下，樹(shù)脂凝膠化所需的時(shí)間也各不相同，增加或減少引發(fā)劑的具體用量會(huì)比較難以判斷，調(diào)整適當(dāng)?shù)哪z化時(shí)間時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)失敗事例。如現(xiàn)場(chǎng)采用加熱固化，由于在進(jìn)行加熱固化時(shí)需要加熱固化裝置，這也就會(huì)相應(yīng)地受到加熱裝置大小的限制，并需要加大設(shè)備投資，這些都是采用加熱固化法時(shí)所面臨的問(wèn)題。
[0003]在防腐蝕領(lǐng)域，由于乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料的基體具備優(yōu)良的耐腐蝕性，而且價(jià)格便宜，在常溫狀態(tài)下即可固化，易于成型，因此一直發(fā)展并延用至今。用作耐腐蝕性玻璃鋼基體的樹(shù)脂一般為間苯二甲酸系列、雙酚系列、氯橋酸系列的各種不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等。近年來(lái)，由于乙烯基酯樹(shù)脂所擁有的良好耐腐蝕性能，逐漸被用于不飽和聚酯樹(shù)脂不適用的領(lǐng)域，并且應(yīng)用領(lǐng)域日益壯大。
[0004]乙烯基酯樹(shù)脂具備較強(qiáng)的耐藥品性，用作耐腐蝕玻璃鋼基體的乙烯基酯樹(shù)脂中，一般來(lái)說(shuō)，雙酚A型乙烯基酯樹(shù)脂擁有良好的耐酸、耐堿性能，線性酚醛型乙烯基酯樹(shù)脂則擁有良好的耐酸、耐溶劑性能。但通常情況下，在進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)時(shí)，氧氣會(huì)起到阻聚劑的作用，因此與空氣接觸的表層部分的固化效果會(huì)比較差。為了防止出現(xiàn)這一現(xiàn)象，一般都會(huì)添加蠟，以便在固化作業(yè)時(shí)形成一層能有效隔絕空氣的保護(hù)膜。但由于受到作業(yè)時(shí)溫度等因素的影響，有時(shí)固化時(shí)蠟并不能完全分離形成保護(hù)膜，并由此導(dǎo)致復(fù)合材料表層由于吸入水分而出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。一直以來(lái)，這些問(wèn)題都沒(méi)有得到根本性解決。
[0005]為了解決上述問(wèn)題，后來(lái)人們研制出了光固化性樹(shù)脂。這種技術(shù)可以利用從可見(jiàn)光到近紅外線的所有光線進(jìn)行固化作業(yè)，安全且固化時(shí)間短，有效地解決了過(guò)氧化物固化帶來(lái)的問(wèn)題，但并沒(méi)有從根本上解決固化時(shí)與空氣接觸的表層部分存在的固化度不夠的問(wèn)題。
[0006]目前市面上應(yīng)用較多的紫外光快速固化技術(shù)，發(fā)展非常迅速，固化速度快、作業(yè)效率高，隨著國(guó)家工業(yè)化的快速發(fā)展，各種基礎(chǔ)設(shè)施更新和修復(fù)的需求不斷增加，紫外光固化的復(fù)合材料在市政排水管道的快速修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域中得到迅速發(fā)展，但也出現(xiàn)了一些需要迫切解決的技術(shù)問(wèn)題:(I)膜厚固化性不佳:紫外光固化的復(fù)合材料固化厚度受到限制，受樹(shù)脂基體及纖維增強(qiáng)材料自身吸收紫外光的影響，即使使用高活性的光引發(fā)劑，紫外光一次性單面照射固化復(fù)合材料的厚度也很難超過(guò)5mm; (2)陰影和背光部分固化程度不夠，產(chǎn)品形狀受到限制；(3)固化效率不高，固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；(4)一次性單面照射大厚度試樣(1mm以上)，不能使之全部固化，或需要更長(zhǎng)的固化時(shí)間；(5)原料儲(chǔ)存時(shí)間短(樹(shù)脂過(guò)早凝膠)，使用周期短；(6)固化均勻性不能得到保證；(7)材料體系的強(qiáng)度較低，性能較差等；(8)很難同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)和紫外光快速固化施工的要求；(9)紫外光對(duì)人體有傷害，不環(huán)保。這些問(wèn)題嚴(yán)重限制了其應(yīng)用發(fā)展，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)復(fù)合材料紫外光固化技術(shù)，尤其是在快速修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出了進(jìn)行固化作業(yè)時(shí)表層部分可以不受空氣影響的一種乙烯基酯樹(shù)脂預(yù)浸料及其制備方法，并給出了其使用方法，即可采用可見(jiàn)光進(jìn)行固化，且固化厚度大，固化度高，固化后整體強(qiáng)度大。針對(duì)目前復(fù)合材料紫外光固化存在固化厚度有限(約5mm以內(nèi))，較厚制品固化不徹底(陰影和背光部分固化程度不夠)，固化不均勻以及固化產(chǎn)物力學(xué)性能較差等問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種可見(jiàn)光固化乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料預(yù)浸料，包括以下組份:
(A)乙稀基酯樹(shù)脂:100份；
(B)纖維增強(qiáng)材料:100?160份；
(C)偶聯(lián)劑:1?3份；
(D)光引發(fā)劑:0.2?I份;
(E)熱引發(fā)劑:I?2份;
(F)增稠劑:I?4份。
[0009]所述組分(A)乙烯基酯樹(shù)脂為可氧化鎂(MgO)增稠的乙烯基酯樹(shù)脂，作為優(yōu)選，所述組份(A)乙烯基酯樹(shù)脂選擇以下型號(hào)中的一種或多種組合:可增稠雙酚A型乙烯酯樹(shù)脂、可增稠增韌型雙酸A型乙烯酯樹(shù)脂、可增稠酚醛型乙烯酯樹(shù)脂。
[0010]所述組份(B)纖維增強(qiáng)材料的鋪層結(jié)構(gòu)為下覆蓋面為表面氈、短切原絲氈材料，中間纖維增強(qiáng)材料為短切原絲氈材料、方格布、縫編織物、復(fù)合織物材料，上覆蓋面為表面氈材料。
[0011]所述組分(B)纖維增強(qiáng)材料的類型可選擇以下類型中的一種或多種組合:玻璃纖維、芳綸纖維(Kevlar纖維)、聚酯纖維、高分子量聚乙烯纖維。
[0012]作為優(yōu)選，鋪層結(jié)構(gòu)方面，可選擇以下類型中的一種或多種組合:玻璃纖維短切原絲氈(規(guī)格:450g/m2或300g/m2)、玻璃纖維無(wú)捻粗紗布(方格布規(guī)格:600g/m2或800g/m2)、3D玻璃纖維縫編織物(規(guī)格:400?1000g/m2)、多軸向織物與方格布的復(fù)合織物(規(guī)格:1000?1600g/m2)、玻璃纖維表面氈(規(guī)格:300?60g/m2)。
[0013]所述組分(C)偶聯(lián)劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，也可根據(jù)需要選擇T -氨丙基三乙氧基硅烷、T -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、Ν-(β—氨乙基)-γ -氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、Ν-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
[0014]所述組分(D)光引發(fā)劑為能夠?qū)?80?780nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線具備感光性的自由基型光引發(fā)劑。
[0015]進(jìn)一步，所述組分(D)采用?；⒀趸衔?，尤其是多?；⒀趸衔?。
[0016]作為優(yōu)選，所述組分(D)選用二(2，4，6_三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦和2-羥基-2-甲基-1-丙苯基-1-酮按照75%/25%比例混合后物質(zhì)。也可根據(jù)需要選擇以下類型中的一種或多種組合:二(2，6_ 二甲基苯甲?；?-2，4，4_三甲基戊基氧化膦、1-羥基環(huán)己基苯基酮、2，4，6_三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、安息香雙甲醚等光引發(fā)劑。
[0017]所述組分(E)熱引發(fā)劑為以下類型中的一種或多種組合:過(guò)氧化二碳酸(4-叔丁基環(huán)己酯)、2，5_ 二(2-乙基己酰過(guò)氧化)-2，5_ 二甲基己烷、過(guò)氧化-2-乙基己酸叔戊酯、過(guò)氧化二苯甲酰(、過(guò)氧化-2-乙基己酸叔丁酯、過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯、過(guò)氧化-3，5，5-三甲基己酸叔丁酯、叔丁基過(guò)氧化碳酸-2-乙基己酯;作為優(yōu)選，選用過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯。
[0018]所述組分(F)增稠劑為氧化鎂粉或氧化鎂樹(shù)脂糊。
[0019]本發(fā)明另一個(gè)方面提供可見(jiàn)光固化乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料預(yù)浸料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將稱量好的權(quán)利要求1中的組份(A)、(C)和(D)投入高速剪切機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆?，攪拌時(shí)需要避光；
(2)攪拌均勻后，迅速投入權(quán)利要求1中的組份(E)和(Π進(jìn)行配料，并高速攪拌均勻，形成樹(shù)脂糊，待用；
(3)將分散好的樹(shù)脂糊刮涂在底面黑色聚酯薄膜或聚乙烯薄膜上，再采用權(quán)利要求1中的(B)作纖維增強(qiáng)材料，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的鋪層順序和厚度進(jìn)行鋪層，加入步驟(2)制備的樹(shù)脂糊進(jìn)行進(jìn)行輥涂，并壓趕氣泡；
(4)鋪層結(jié)束后，頂面用黑色薄膜覆蓋，單向壓實(shí)，壓趕氣泡;最后，進(jìn)行收卷；
(5)在40?45°C條件下，快速增稠45h以上，完成，取出密封避光、陰涼處保存待用。
[0020]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中配料遵循“少量多次”原則，保證每次配料在30min之內(nèi)使用完。
[0021]作為優(yōu)選，所述步驟(3)、步驟(5)均在避光環(huán)境下進(jìn)行。
[0022]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中采用SMC壓輥進(jìn)行輥涂。
[0023]作為優(yōu)選，步驟(4)所述黑色薄膜采用黑色聚酯薄膜或黑色聚乙烯薄膜。
[0024]本發(fā)明另一個(gè)方面提供可見(jiàn)光固化乙烯基酯樹(shù)脂復(fù)合材料預(yù)浸料的使用方法，包括以下步驟:
①對(duì)待修復(fù)基材進(jìn)行