[發明專利]一種磷石膏晶須/纖維增強復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202211373130.0
• 申請日: 2022-11-04
• 公開（公告）號: CN115572455A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 張翔;張凱
• 申請（專利權）人: 貴州省材料產業技術研究院;貴州省材料技術創新基地
• 主分類號: C08L61/14
• 分類號: C08L61/14;C08L79/08;C08L23/16;C08L27/12;C08J5/04;C08J5/06;C08K7/06;C08K7/10;C08K7/08
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本發明公開了一種磷石膏晶須/纖維增強復合材料及其制備方法，復合材料由樹脂基體5?30份，增韌劑1?20份，磷石膏晶須5?40份，高性能纖維1?30份，填料5?80份，硫化劑0.1?4份組成，制備時首先將纖維解離均勻，再與樹脂基體、磷石膏晶須、填料混合得到絨狀混合料；其次將增韌劑、磷石膏晶須、高性能纖維、硫化劑混合均勻，在轉矩流變儀與單螺桿擠出機機組中造粒，再在冷凍磨粉機中將粒料研磨成粉狀顆粒；最后將所得的絨狀混合料和粉狀顆粒在V型混合機中混合均勻后，模壓成型得到復合材料。本發明制得的復合材料的摩擦系數高，磨損率低、力學強度高，纖維和磷石膏晶須分散均勻，長度保留率高，特別適用于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種磷石膏晶須/纖維增強復合材料及其制備方法，具體來說是一種磷石膏晶須與高性能短切纖維協同增強樹脂基復合材料及其制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

近年來，由于磷石膏廢料堆積如山，磷石膏的存放問題成為難題，嚴重影響了磷礦的開發，環境危害極大，磷石膏的綜合利用迫在眉睫，進而促使中國有近30幾家科研機構和企業對磷石膏的再制造和改性進行研究，磷石膏晶須（主要成分為硫酸鈣）的合成是磷石膏資源化利用的主要途徑之一，將磷石膏晶須應用于復合材料產業，將極大的解決磷石膏的利用問題。

無機鈣鹽晶須因具有良好的化學穩定性、高的耐熱性能、優異的耐磨損性能和力學性能以及較低的價格、較高的性價比而被廣泛應用于復合材料中，其中，由磷酸生產中產生的固體廢渣磷石膏為原料制備的磷石膏晶須，具有韌性好、強度高、耐高溫、無毒等優點，將其與高性能纖維協同應用于復合材料中可以提供更穩定的摩擦系數、耐磨性和耐熱性能、力學性能，延長材料的使用壽命。

有鑒于此，研究一種磷石膏晶須/纖維增強復合材料就顯得比較重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種磷石膏晶須/纖維增強復合材料及其制備方法，利用“三步法”制備磷石膏晶須與短切纖維協同增強樹脂基復合材料，所得復合材料中磷石膏晶須和纖維分布均勻，長度保留率高，力學和摩擦性能高而穩定，以克服現有技術的不足。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種磷石膏晶須/纖維增強復合材料，按重量計算，樹脂基體5-30份，增韌劑1-20份，磷石膏晶須5-40份，高性能纖維1-30份，填料5-80份，硫化劑0.1-4份，在本方案中，采用纖維疏解器解離短切纖維，可以提高纖維原絲的分散性，避免直接添加束狀纖維在混料時發生分散不均勻現象。采用SHR高速混料機既可以使疏解后的纖維、磷石膏晶須、粉狀樹脂基體、填料混合均勻，又可以提高纖維和磷石膏晶須在混合過程中的長度保留率。在本方案中增韌劑主要用于提高復合材料的韌性和壓縮會彈性，進而提高復合材料在摩擦制動過程中的抗沖擊性能和實際接觸面積，提高摩擦性能。

優選地，所述增韌劑為氟橡膠或三元乙丙橡膠（EPDM）中的一種或兩種。氟橡膠和EPDM均是一種耐熱性、耐候性、耐臭氧性、耐油性、耐化學品性良好的彈性體，能夠為復合材料提供韌性和粘彈性，提高復合材料沖擊強度和摩擦過程中的實際接觸面積。但過量的氟橡膠和EPDM會降低復合材料的剪切強度和拉伸強度以及與樹脂基體的粘結性能，影響復合材料的綜合性能。

優選地，所述的磷石膏晶須主要成分為硫酸鈣，長度為10-500μm，長徑比為10-200。本發明中所采用的磷石膏晶須是一種經硅烷偶聯劑或稀土偶聯劑表面處理的磷石膏晶須，提高了磷石膏晶須與樹脂基體和橡膠增韌劑之間的結合性。

優選地，所述的樹脂基體為粉末狀腰果油改性酚醛樹脂、硼改性酚醛樹脂或聚酰亞胺樹脂的一種或兩種，粒度為30-1000目。腰果油改性酚醛樹脂、硼酚醛樹脂具有高的耐熱性、瞬時耐高溫性能和優良的力學性能，聚酰亞胺是一種耐高溫達400℃、力學性能優良的熱固性樹脂，兩種樹脂基體可以提高復合材料的起始熱分解溫度和整體耐熱性，有利于提高復合材料在摩擦制動過程中的抗熱衰退性能和摩擦穩定性。