[0001] 本发明涉及复合材料制备领域， 具体而言， 涉及一种玻璃钢、 其制备方法及浮 空器吊舱。

背景技术

[0002] 玻璃钢是一种纤维强化塑料， 其性质质轻而硬、 不导电、 性能稳定、 回收利用 少且耐腐蚀， 可以代替钢材制造机器零件和汽车、 船舶等外壳。

[0003] 目前， 代替钢材应用于机器零件和汽车、 船舶等外壳的玻璃钢需要具有更大的 机械强度， 以满足技术不断发展的需要。

[0004] 浮空器例如飞艇是一种轻于空气的航空器， 由巨大的流线型舱体、 位于舱体下 面的吊舱、 起稳定控制作用的尾面和推进装置组成。 其中， 吊舱供人员乘坐和 装载货物。

技术问题

[0005] 目前， 如浮空器吊舱这类高空用产品的壳体通常为金 属结构， 从而使产品存在 重量大的问题， 难以满足航天航空领域中对产品重量的要求。 因此， 在目前的 航天航空领域中如浮空器吊舱这类高空用产品 的外壳需要在具有较大机械强度 的同吋， 也能够具有更轻的重量。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 本发明的主要目的在于提供一种玻璃钢、 其制备方法及浮空器吊舱， 以解决现 有技术中的玻璃钢在保证具有较大机械强度的 基础上重量较大的问题。

[0007] 为了实现上述目的， 根据本发明的一个方面， 提供了一种玻璃钢的制备方法， 制备方法包括以下步骤： Sl、 将包括石墨烯、 树脂和短切纤维的原料混合形成 混料； S2、 利用挤出成型工艺将混料形成玻璃钢。

[0008] 进一步地， 在步骤 S1中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 0.35~35nm [0009] 进一步地， 在步骤 SI中， 树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 42~50： 42-50： 1~15。

[0010] 进一步地， 树脂由聚醚醚酮， 聚苯乙烯,苯二甲酸乙二醇酯， 丙烯腈 -丁二烯-苯 乙烯共聚物,聚酰胺和聚氯乙烯塑料中的任一� �或多种制成。

[0011] 进一步地， 在步骤 S2中， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注 入到模具中， 并进行脱模处理后得到玻璃钢。

[0012] 进一步地， 注塑机中的操作温度为 150~335°C。

[0013] 进一步地， 注塑机中加料段的操作温度为 150~290°C， 压缩段的操作温度为 170 ~310°C, 计量段的操作温度为 180~320°C， 机颈段的操作温度为 190~335°C， 口 模段的操作温度为 260~310°C。

[0014] 进一步地， 注塑机中的注射压力为 50~250Mpa。

[0015] 进一步地， 注塑机中螺杆的转速为 150~170rpm。

[0016] 进一步地， 将熔融的混料注入到温度为 180~260°C。

[0017] 进一步地， 将模具中熔融的混料进行冷却处理后再进行脱 模处理。

[0018] 根据本发明的另一方面， 提供了一种玻璃钢， 玻璃钢由上述的制备方法制备而 成。

[0019] 根据本发明的另一方面， 还提供了一种浮空器吊舱， 形成浮空器吊舱的舱体的 材料包括玻璃钢， 玻璃钢由上述的制备方法制备而成。

发明的有益效果

有益效果

[0020] 应用本发明的技术方案， 本发明提供了一种玻璃钢的制备方法， 所述制备方法 包括以下步骤： Sl、 将包括石墨烯颗粒和树脂的原料混合形成混料 ； S2、 利用 挤出成型工艺将所述混料形成所述玻璃钢。 由于上述制备方法中仅利用挤出成 型工艺即实现了玻璃钢的制备， 从而使玻璃钢的制备方法更为简单、 高效； 并 且， 由于玻璃钢中设置有石墨烯， 从而使很薄的玻璃钢就能够具有较大的杨氏 模量和断裂强度， 进而使设置有石墨烯的玻璃钢在厚度很小的情 况下就能够具 有很大的机械强度。

对附图的简要说明 附图说明

[0021] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对 本发明的进一步理解， 本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附 图中：

[0022] 图 1示出了本发明实施方式所提供的玻璃钢的制� �方法的流程示意图。

本发明的实施方式

[0023] 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以 相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发 明。

[0024] 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式 ， 而非意图限制 根据本申请的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出 ， 否则单数形式也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书 中使用术语"包含"和 /或"包括"吋， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件 和 /或它们的组合。

[0025] 正如背景技术中所介绍的， 目前如浮空器吊舱这类高空用产品的壳体通常 为金 属结构， 从而使产品存在重量大的问题， 难以满足航天航空领域中对产品重量 的要求。 本申请的发明人针对上述问题进行研究， 提出了一种玻璃钢的制备方 法， 如图 1所示， 制备方法包括以下步骤： Sl、 将包括石墨烯和树脂的原料混合 形成混料； S2、 利用挤出成型工艺将混料形成玻璃钢。

[0026] 上述制备方法中由于仅利用挤出成型工艺即实 现了玻璃钢的制备， 从而使玻璃 钢的制备方法更为简单、 高效； 并且， 由于玻璃钢中设置有石墨烯， 从而使很 薄的玻璃钢就能够具有较大的杨氏模量和断裂 强度， 进而使设置有石墨烯的玻 璃钢在达到所需机械强度的同吋， 厚度和重量尽量地小。

[0027] 下面将更详细地描述根据本发明提供的玻璃钢 的制备方法的示例性实施方式。

然而， 这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来 实施， 并且不应当被解释 为只限于这里所阐述的实施方式。 应当理解的是， 提供这些实施方式是为了使 得本申请的公幵彻底且完整， 并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给 本 领域普通技术人员。 [0028] 首先， 执行步骤 SI : 将包括石墨烯和树脂的原料混合形成混料。 优选地， 上述 树脂为环氧树脂。 由于环氧树脂具有良好的物理、 化学性能， 它对金属和非金 属材料的表面具有优异的粘结强度， 硬度高， 柔韧性好， 从而使后续形成的玻 璃钢能够具有较高的机械强度。

[0029] 可以在高温条件下将石墨烯和树脂混合形成混 料， 优选地， 将包括石墨烯和树 脂的原料在温度为 30~55°C的条件下混合形成混料。 在上述优选的参数范围内， 石墨烯能够更好地与树脂进行融合， 从而保证了后续形成的玻璃钢中石墨烯的 稳定性， 进而通过石墨烯使玻璃钢在厚度很小的情况下 就能够具有很大的机械 强度。

[0030] 在一种优选的实施方式中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 0.35~35n m。 片状的石墨烯能够更好地与树脂等原料混合， 从而保证了后续形成的玻璃钢 中石墨烯的稳定性， 进而通过石墨烯使玻璃钢在厚度很小的情况下 就能够具有 很大的机械强度； 并且， 具有上述优选厚度的石墨烯能够进一步提高石 墨烯在 玻璃钢中的稳定性。

[0031] 优选地， 在步骤 S1中， 树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 42~50： 42-50： 1~

15。 在上述优选的参数范围内， 具有树脂和石墨烯的混料能够在后续工艺中更 为有效地通过挤出成型工艺形成机械强度较高 且性能稳定的玻璃钢。

[0032] 优选地， 树脂由聚醚醚酮， 聚苯乙烯,苯二甲酸乙二醇酯， 丙烯腈-丁二烯 -苯乙 烯共聚物,聚酰胺和聚氯乙烯塑料中的任一种� �多种制成。 更为优选地， 树脂由 聚醚醚酮制成。 由于聚醚醚酮 （PEEK) 具有高强度、 高模量、 高断裂性以及优 良的尺寸稳定性， 从而将包括聚醚醚酮等材料制备而成的树脂应 用于玻璃钢的 制备中， 能够进一步保证形成的玻璃钢在厚度较小的情 况下就具有较高的机械 强度。

[0033] 在执行完步骤 S1之后， 执行步骤 S2: 利用挤出成型工艺将混料形成玻璃钢。 由 于仅利用挤出成型工艺即实现了玻璃钢的制备 ， 从而使玻璃钢的制备方法更为 简单、 高效； 并且， 由于混料中包括石墨烯， 从而使由混料制备而成的玻璃钢 在厚度较小的就能够具有较大的杨氏模量和断 裂强度， 进而使设置有石墨烯的 玻璃钢在厚度很小的情况下就能够具有很大的 机械强度。 [0034] 在一种优选的实施方式中， 挤出成型工艺包括： 将混料放入注塑机中以将混料 熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进行脱模处理后得到玻璃钢。 更为优选 地， 将熔融的混料注入到温度为 180~260°C的模具中， 并保持 l~30min。 在上述 优选的实施方式中， 在注入混料前将模具进行升温处理至 100~150°C是为了使注 入的混料不会由于模具而导致迅速地降温， 减少了对熔融态混料成型的影响， 从而提高了玻璃钢中石墨烯的稳定性， 进而通过石墨烯使玻璃钢在厚度很小的 情况下就能够具有很大的机械强度。

[0035] 在上述优选的实施方式中， 可以将模具中熔融的混料进行冷却处理后再进 行脱 模处理。 由于具有较高温度的熔融态混料会存在未彻底 定型的缺陷， 同吋具有 较高温度的熔融态混料也会对模具的内壁存在 一定的粘附性， 对熔融的混料进 行冷却处理能够有效地使熔融态混料更为有效 地定型， 从而使脱模处理后得到 玻璃钢更为完整， 并且也提高了玻璃钢中石墨烯的稳定性， 进而通过石墨烯使 玻璃钢在厚度很小的情况下就能够具有很大的 机械强度。

[0036] 优选地， 在上述挤出成型工艺中， 注塑机中的操作温度为 250~335°C。 上述优 选的参数范围能够使混料快速有效地将混料熔 融， 从而使玻璃钢的制备方法更 为高效； 并且上述优选的参数范围也能够使石墨烯更为 稳定的存在于熔融的混 料中， 从而保证了后续形成的玻璃钢中石墨烯的稳定 性。

[0037] 在上述优选的实施方式中， 注塑机中加料段的操作温度为 150~290°C， 压缩段 的操作温度为 170~310°C， 计量段的操作温度为 180~320°C， 机颈段的操作温度 为 190~335°C， 口模段的操作温度为 260~310°C。 分别控制注塑机中的上述五个 阶段的温度， 且分别限定上述五段温度在上述优选的参数范 围内不仅能够使混 料更为快速有效地将混料熔融， 从而使玻璃钢的制备方法更为高效， 而且还能 够使石墨烯更为稳定的存在于熔融的混料中， 从而保证了后续形成的玻璃钢中 石墨烯的稳定性。

[0038] 优选地， 在上述挤出成型工艺中， 注塑机中的注射压力为 50~250Mpa。 上述优 选的参数范围能够使混料快速有效地将混料熔 融， 从而使玻璃钢的制备方法更 为高效； 并且上述优选的参数范围也能够使石墨烯更为 稳定的存在于熔融的混 料中， 从而保证了后续形成的玻璃钢中石墨烯的稳定 性。 [0039] 优选地， 在上述挤出成型工艺中， 注塑机中螺杆的转速为 150~170rpm。 述优选 的参数范围能够使混料快速有效地将混料熔融 ， 从而使玻璃钢的制备方法更为 高效； 并且上述优选的参数范围也能够使石墨烯更为 稳定的存在于熔融的混料 中， 从而保证了后续形成的玻璃钢中石墨烯的稳定 性。

[0040] 根据本发明的另一方面， 提供了一种玻璃钢， 玻璃钢由上述的制备方法制备而 成。 即上述玻璃钢是将包括石墨烯和树脂的原料通 过挤出成型工艺制备而成的 。 由于玻璃钢中设置有石墨烯， 从而使很薄的玻璃钢就能够具有较大的杨氏模 量和断裂强度， 进而使设置有石墨烯的玻璃钢在厚度很小的情 况下就能够具有 很大的机械强度。

[0041] 根据本发明的另一方面， 还提供了一种浮空器吊舱， 浮空器吊舱的舱体由上述 玻璃钢组成。 由于上述玻璃钢包括石墨烯， 而石墨烯具有较大的杨氏模量和断 裂强度， 从而使设置有石墨烯的玻璃钢在厚度很小即重 量很轻的情况下就能够 具有很大的机械强度。

[0042] 下面将结合实施例进一步说明本申请提供的玻 璃钢的制备方法。

[0043] 实施例 1

[0044] 本实施例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0045] 首先， 将聚醚醚酮、 石墨烯和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 30°C的条件下混 合形成混料， 其中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 0.35nm， 且树脂

、 短切纤维和石墨烯的体积比为 50: 49： 1；

[0046] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进 行脱模处理后得到玻璃钢， 其中， 注塑机中的操作温度均为 250°C， 注射压力均 为 50Mpa， 注塑机中螺杆的转速为 150rpm。

[0047] 实施例 2

[0048] 本实施例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0049] 首先， 将聚醚醚酮、 石墨烯和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 40°C的条件下混 合形成混料， 其中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 15nm， 且树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 45: 45： 10；

[0050] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进 行脱模处理后得到玻璃钢， 其中， 注塑机中的操作温度均为 300°C， 注射压力均 为 150Mpa， 注塑机中螺杆的转速为 160rpm。

[0051] 实施例 3

[0052] 本实施例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0053] 首先， 将聚醚醚酮、 石墨烯和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 55°C的条件下混 合形成混料， 其中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 35nm， 且树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 42: 41： 15；

[0054] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进 行脱模处理后得到玻璃钢， 其中， 注塑机中的操作温度均为 335°C， 注射压力均 为 250Mpa， 注塑机中螺杆的转速为 170rpm。

[0055] 实施例 4

[0056] 本实施例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0057] 首先， 将聚醚醚酮、 石墨烯和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 55°C的条件下混 合形成混料， 其中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 35nm， 且树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 42: 41： 15；

[0058] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进 行脱模处理后得到玻璃钢， 其中， 注塑机中加料段的操作温度为 150°C， 压缩段 的操作温度为 170°C， 计量段的操作温度为 180°C， 机颈段的操作温度为 190°C， 口模段的操作温度为 260°C， 注射压力均为 250Mpa， 注塑机中螺杆的转速为 160r pm。

[0059] 实施例 5

[0060] 本实施例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0061] 首先， 将聚醚醚酮、 石墨烯和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 55°C的条件下混 合形成混料， 其中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 35nm， 且树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 42: 41： 15；

[0062] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进 行脱模处理后得到玻璃钢， 其中， 注塑机中加料段的操作温度为 290°C， 压缩段 的操作温度为 310°C， 计量段的操作温度为 320°C， 机颈段的操作温度为 335°C， 口模段的操作温度为 310°C， 注射压力均为 250Mpa， 注塑机中螺杆的转速为 160r pm。

[0063] 实施例 6

[0064] 本实施例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0065] 首先， 将聚醚醚酮、 石墨烯和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 55°C的条件下混 合形成混料， 其中， 石墨烯为片状， 且片状的石墨烯的厚度为 35nm， 且树脂、 短切纤维和石墨烯的体积比为 42: 41： 15；

[0066] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到温度为 120°C 的模具中， 保持 10min， 并将模具中熔融的混料进行冷却处理后再进行 脱模处理 ， 以得到玻璃钢， 其中， 注塑机中的操作温度均为 335°C， 注射压力均为 250Mpa ， 注塑机中螺杆的转速为 170rpm。

[0067] 对比例 1

[0068] 本对比例提供的玻璃钢的制备方法的步骤包括 ：

[0069] 首先， 将聚醚醚酮和作为固化剂的丙烯酸胺在温度为 55°C的条件下混合形成混 料， 其中， 树脂和短切纤维的体积比为 1: 1 ;

[0070] 其次， 将混料放入注塑机中以将混料熔融， 将熔融的混料注入到模具中， 并进 行脱模处理， 以得到玻璃钢， 其中， 注塑机中的操作温度均为 335°C， 注射压力 均为 250Mpa， 注塑机中螺杆的转速为 170rpm。

[0071] 对比例 2

[0072] 本对比例提供的金属层的制备方法的步骤包括 ：

[0073] 利用铝合金材料制备金属层， 使金属层与上述实施例 1至 6中的玻璃钢具有相同 的尺寸。

[0074] 对上述实施例 1至 6和对比例 1提供的玻璃钢进行机械强度和重量的测试， 测试 结果如下表所示。

[0075]

从上表可以看出， 本申请实施例 1至 6中玻璃钢的拉伸强度可以达到 410~460MPa ， 远大于对比例 1和 2中玻璃钢的拉伸强度； 并且， 与对比例 1和 2中制备玻璃钢 相比， 实施例 1至 6中玻璃钢也具有更轻的重量， 即实施例 1至 6中的玻璃钢在重 量很轻的情况下具有很大的机械强度。

[0076] 从以上的描述中， 可以看出， 本发明上述的实施例实现了如下技术效果:

[0077] 1) 由于上述制备方法中仅利用挤出成型工艺即实 现了玻璃钢的制备， 从而使 玻璃钢的制备方法更为简单、 高效；

[0078] 2) 由于玻璃钢中设置有石墨烯， 从而使很薄的玻璃钢就能够具有较大的杨氏 模量和断裂强度， 进而使设置有石墨烯的玻璃钢在厚度很小的情 况下就能够具 有很大的机械强度。

[0079] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的 技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内 ， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。