[发明专利]一种短玻璃纤维增强环氧泡沫及其制备方法

说明书

本发明提出一种短玻璃纤维增强环氧泡沫及其制备方法，环氧泡沫由环氧树脂、固化剂、异氰酸酯、有机锡化合物和水、气相二氧化硅和短切玻璃纤维组成。其中所述的环氧树脂的质量份数为100，胺类固化剂的质量份数为0.5～10，异氰酸酯质量份数为250‑350，有机锡化合物的用量为异氰酸酯的0.1%～1%，水的质量份数为0.5～3，气相二氧化硅的量为环氧树脂的0‑~10%，短切玻璃纤维为异氰酸酯质量的0～20%。本发明的短玻璃纤维增强环氧泡沫具有良好的耐热性能和力学性能，以及优异的发泡工艺性，生产成本低，性价比高。

技术领域

本发明涉及一种短玻璃纤维增强环氧泡沫及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

高性能泡沫芯材在航空航天等领域获得了广泛应用，主要用于产品的减重。目前获得应用的芯材品种主要由聚氨酯泡沫和聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫。聚氨酯泡沫是比较早期用于航空航天领域的轻质芯材，具有良好的室温力学性能和低成本特点，但该类泡沫的耐温性较差，温度高于70℃后留力学性大幅度下降，温度高于130℃后基本丧失承载能力，在长期使用温度高于70℃的场合限制了其应用。PMI泡沫是目前广泛用于航空航天领域的的高性能泡沫芯材，其具有力学性能好，耐温性好，通过适当的后处理玻璃化转变温度可高达250℃，但PMI泡沫采用的是固体发泡的方式，使用过程中需先将其制备成板材，然后采用机械加工或者热成型的方式得到所需的形状，无法直接发泡成所需的形状，机械加工成本高，加上PMI泡沫原材料也很昂贵，高昂的原材料成本和使用成本限制了其应用领域的扩大，以及在低成本领域的推广。因此，兼具良好力学性能、高耐热性能、具有良好发泡工艺性能和低成本特点的泡沫芯材，将具有良好的应用前景。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种发泡工艺性和成本与聚氨酯泡沫相当，耐热性能和高温力学性与PMI泡沫相当的环氧泡沫及其制备方法，该环氧泡沫克服了聚氨酯泡沫耐温性不够的缺点，以及PMI泡沫的高成本、无法直接发泡成型的不足，具有广阔的应用前景。

本发明的技术解决方案如下：由环氧树脂、固化剂、异氰酸酯、有机锡化合物、水、气相二氧化硅、和短切玻璃纤维组成。其中所述的环氧树脂的质量份数份数为100，固化剂的质量份数为0.5～10，异氰酸酯质量份数为250-350，有机锡化合物的用量为异氰酸酯的0.1%～1%，水的质量份数为0.5～3，气相二氧化硅的量为环氧树脂的0-~10%，短切玻璃纤维为异氰酸酯质量的0～20%。

所述的环氧树脂在室温下为粘度不大于20000mPa.s的液体，以确保其在发泡过程中易于与其它组分混合均匀，发泡料中环氧树脂的用量为100份。

所述的固化剂要求含有活泼氢，可与环氧树脂和异氰酸酯在室温下发生反应，固化剂的结构可谓脂肪胺类或咪唑类，发泡料中固化剂的质量份数为0.5～10份，咪唑类的优选范围为1～2份，脂肪胺类固化剂的优选范围为3～8份，固化剂用量越大，气泡时间越短，泡沫表干时间也越短。

所述的异氰酸酯为多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），发泡料中异氰酸酯的质量份数为250～350，优选范围为优选范围为280～320，PAPI的用量越大，泡沫的密度越大，耐热性也越好。

所述的有机锡化合物为双正丁基氧化锡、双正丁基氧化锡、二月桂酸二丁基锡的一种或者几种的混合物，用量为异氰酸酯用量的0.1～1%，优选范围为异氰酸酯用量的0.3～0.8%。有机锡化合物添加量越大，泡沫在低于180℃固化后的耐热性越好，但高于180℃固化后的性能影响不大。

所述的水可为自来水或者蒸馏水，水的添加量根据泡沫的密度决定，发泡料中水的质量份数为0.5～3份，水的添加量越大，泡沫的密度越小。

所述的气相二氧化硅无特殊的要求，主要为提高环氧泡沫的力学性能而添加，发泡料中气相二氧化硅的添加量为环氧树脂质量的0～10%，优选范围为3～5%。添加量与泡沫基体的密度有关，泡沫的基体的密度越大，可添加的气相二氧化硅的量也越大。