CN116134000A - 复合材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料，包含母材及无机纤维，该母材包含（a）硅酸钠的脱水缩合反应产物及（b）高铝水泥。一种复合材料的制造方法，该复合材料包含母材及无机纤维，该复合材料的制造方法使包含（A）硅酸钠及（B）高铝水泥的溶液浸透于该无机纤维，加热以使该（A）成分产生脱水缩合反应。
Description
相关申请案的交互参照
本国际申请为基于2020年8月3日向日本特许厅申请的日本特许出愿第2020-131656号主张优先权，通过引用将日本特许出愿第2020-131656号的所有内容援用于本国际申请。
技术领域
本发明关于一种复合材料及复合材料的制造方法。
背景技术
以往在铁路车辆、船舶及水上设施等领域使用FRP(纤维强化塑胶，FiberReinforced Plastics)。FRP为包含由树脂形成的母材及强化纤维的复合材料。关于FRP的技术公开于专利文献1。
现有技术文献：
专利文献1：日本特开第2000-318071号公报。
发明内容
不燃性较FRP高的复合材料受到期望。本发明的一情形中，较佳提供不燃性高的复合材料及复合材料的制造方法。
解决问题的技术手段
本发明的一情形为复合材料，包含母材及无机纤维。该母材包含(a)硅酸钠的脱水缩合反应产物及(b)高铝水泥。本发明的一情形的复合材料的不燃性高。
本发明的其他情形为复合材料的制造方法，该复合材料包含母材及无机纤维。该复合材料的制造方法系使包含(A)硅酸钠及(B)高铝水泥的溶液浸透于该无机纤维，加热以使该(A)成分产生脱水缩合反应。根据本发明的其他情形的复合材料的制造方法，可制造不燃性高的复合材料。
具体实施方式
以下说明本发明的例示实施形态。
1.复合材料的构成：本发明的复合材料包含母材及无机纤维。母材例如含浸于无机纤维。复合材料通过无机纤维而被强化。
母材包含(a)硅酸钠的脱水缩合反应产物及(b)高铝水泥。(a)成分为硅酸钠进行脱水缩合反应产生的产物。(a)成分为例如具有硅氧烷键连结的骨架的化合物。(a)成分为例如包含硅氧烷。100质量份的硅酸钠经过脱水缩合反应的结果，形成60质量份的(a)成分。
母材所包含的(a)成分的质量，较佳大于母材所包含的(b)成分的质量。(a)成分的质量大于(b)成分的质量的情况下，复合材料的不燃性及强度更加提升。
母材较佳包含相对于100质量份的(a)成分为5质量份以上且25质量份以下的(b)成分。母材的(b)成分的调配量在上述范围内的情况下，复合材料的强度更加提升。
母材可另外包含其他成分。其他成分可举例如白砂球(Shirasu balloon)及硅酸盐矿物等。硅酸盐矿物可举例如砂灰石(wollastonite)。
母材较佳包含相对于100质量份的(a)成分为5质量份以上且20质量份以下的白砂球。母材的白砂球的调配量在上述范围内的情况下，复合材料更为轻量。
母材较佳系包含相对于100质量份的(a)成分为5质量份以上且15质量份以下的硅酸盐矿物。母材的硅酸盐矿物的调配量在上述范围内的情况下，复合材料的耐热性更加提升。
无机纤维可举例如玻璃纤维及玄武岩纤维。无机纤维的形态较佳为布状。无机纤维可举例如由玻璃纤维形成的玻璃纤维布及由玄武岩纤维形成的玻璃纤维布等。使用玻璃纤维或玄武岩纤维作为无机纤维的情况下，与使用铝纤维或氧化铝纤维的情况相比，复合材料的不燃性更加提升。使用玄武岩纤维作为无机纤维的情况下，复合材料的机械强度更加提升。机械强度高的理由，推测因即使在母材为碱性的情况下，玄武岩纤维也不易被腐蚀。
无机纤维较佳不包含由有机材料形成的黏合剂。无机纤维不包含由有机材料形成的黏合剂的情况下，即使复合材料被加热至200℃以上的温度时，复合材料也不易冒烟或产生异臭。
2.复合材料的制造方法：本发明的复合材料例如可用与现有的FRP制造方法基本上相同的方法来制造。但是，相较于现有的FRP制造方法中使用液状的树脂组成物，本发明的复合材料的制造方法中使用包含(A)硅酸钠及(B)高铝水泥的溶液(下称母材用溶液)。
母材用溶液所包含的(A)成分的质量较佳大于母材用溶液所包含的(B)成分的质量。(A)成分的质量大于(B)成分的质量的情况下，所制造的复合材料的不燃性更加提升。
母材用溶液较佳包含相对于100质量份的(A)成分为5质量份以上且50质量份以下的(B)成分。母材用溶液的(B)成分的调配量在上述范围内的情况下，所制造的复合材料的强度更加提升。
母材用溶液可另外包含其他成分。其他成分可举例如白砂球及硅酸盐矿物等。硅酸盐矿物可举例如砂灰石。
母材用溶液较佳包含相对于100质量份的(A)成分为5质量份以上且20质量份以下的白砂球。母材用溶液的白砂球的调配量在上述范围内的情况下，复合材料更为轻量。
母材用溶液较佳系包含相对于100质量份的(A)成分为5质量份以上且15质量份以下的硅酸盐矿物。母材用溶液的硅酸盐矿物的调配量在上述范围内的情况下，复合材料的耐热性更加提升。
复合材料的制造方法可举例如包含以下(1)～(4)步骤的制造方法(下称第一制造方法)。
(1)积层物的形成
(i)在生产模具的内部面均匀地涂布母材用溶液。
(ii)在涂有母材用溶液的部分上放置无机纤维布。
(iii)使用马海毛滚筒刷等将母材用溶液涂布于无机纤维布。
(iv)使用脱泡滚筒等一边去除无机纤维布所包含的空气，一边使母材用溶液均一地浸透于无机纤维布。
(v)积层新的无机纤维布。
(vi)对新的无机纤维布进行上述(iii)～(iv)的步骤。
(vii)重复上述(v)～(vi)的步骤至所积层的无机纤维布的数量达到规定数量为止。通过以上步骤形成积层物。
(2)干燥硬化：将积层物连同生产模具放入70～100℃的干燥炉中5小时。此时，母材用溶液的溶剂气化，积层物硬化。并且，母材用溶液所包含的(A)硅酸钠通过脱水缩合反应形成(a)成分。(a)成分为硅酸钠的脱水缩合反应产物。母材用溶液包含(B)高铝水泥系作为硬化促进剂来发挥作用。其结果为积层物形成复合材料。复合材料包含母材及无机纤维。母材含浸于无机纤维。复合材料通过无机纤维被强化。母材包含(a)成分及(b)成分。
(3)脱模作业：使用铲子等在生产模具及复合材料之间制作空隙。对该空隙使用加压机等吹入空气。接着由生产模具取出复合材料。并且，以第一制造方法制造的复合材料为成形品。
(4)修饰作业：使用电动打磨机等将复合材料中不需要的部分切除。
3.复合材料所发挥的功效：本发明的复合材料与现有的FRP相比，其不燃性高。并且，本发明的复合材料的强度高。
4.实施例1
(4-1)母材用溶液之制造：制造具有以下组成的母材用溶液S1～S3。母材用溶液S1～S3的制造方法为混合各成分的方法。
(母材用溶液S1)
硅酸钠JIS 3号：74.0质量份
白砂球：7.4质量份
硅酸盐矿物(砂灰石)：7.4质量份
高铝水泥：11.2质量份
(母材用溶液S2)
硅酸钠JIS 3号：69.0质量份
白砂球：6.9质量份
硅酸盐矿物(砂灰石)：6.9质量份
高铝水泥：17.2质量份
(母材用溶液S3)
硅酸钠JIS 3号：62.4质量份
白砂球：6.3质量份
硅酸盐矿物(砂灰石)：6.3质量份
高铝水泥：25.0质量份
(4-2)复合材料的制造：使用母材用溶液S1通过上述第一制造方法制造复合材料。并且，使用母材用溶液S2通过上述第一制造方法制造复合材料。并且，使用母材用溶液S3通过上述第一制造方法制造复合材料。以下将使用母材用溶液S1、S2、S3所制造的复合材料分别作为复合材料S1、S2、S3。
于复合材料S1～S3制造所使用的无机纤维为无机纤维布(日东纺制，型号：WF350-100-BS6)。并且，复合材料S1～S3中，无机纤维布的积层数量为11片。干燥硬化的步骤中，干燥炉中的温度为100℃。
(4-3)复合材料的评价：分别对复合材料S1～S3根据JIS K 7164进行拉伸测试，测定拉伸强度。复合材料S1的拉伸强度为50.4MPa。
分别对复合材料S1～S3根据JIS K 7171进行抗弯测试，测定抗弯强度及抗弯模数。复合材料S1的抗弯强度为108.3MPa。复合材料S1的抗弯模数为4.430GPa。
分别对复合材料S1～S3根据ISO-5660进行热释放测试。热释放测试中，将测试体加热20分钟。辐射强度为50kW/m2。
复合材料S1的总热释放量为0.01MJ/m2，非常少。复合材料S1的最高热释放量速率为0.33kW/m2，非常低。热释放测试后，复合材料S1的测试体未产生变形。复合材料S1的测试体未着火。热释放测试的结果显示复合材料S1的不燃性高。
分别对复合材料S1～S3根据ISO-1182进行不燃性测试。测试方法如下。准备圆筒状的电炉。并且，准备测试体。测试体的形状为直径44.6mm、高度47.5mm的圆筒状。测试前的测试体的质量为125.46g。
将电炉的炉内温度调整为750±5℃。调整炉内温度后，使电炉的消耗电力量固定。调整炉内温度后，将测试体***炉内。***测试体后，持续测定炉内温度、测试体的中心温度及测试体的表面温度。并且，在测试前及测试后测定测试体的质量。并且，在测试前及测试后观察测试体的形状。测试持续至炉内温度达到最终平衡温度为止。最终平衡温度为炉内温度达到在±2℃的范围内稳定10分钟的状态时的炉内温度。
复合材料S1的测试体的中心的上升炉内温度为2℃。上升炉内温度为由炉内最高温度减去最终平衡温度的值。炉内最高温度为由***测试体时至测试结束为止的期间中，炉内温度的最高值。
复合材料S1的测试体的表面的上升炉内温度为2.8℃。复合材料S1的测试体的质量减少率WR为12.0％。质量减少率WR以下述式(1)表示的值。
式(1) WR＝((W1-W2)/W1)×100
式(1)中，W1为测试前的测试体的质量。W2为测试后的测试体的质量。
复合材料S1的测试体的中心的上升炉内温度及测试体的表面的上升炉内温度，与ISO-1182中的基准即20℃相比较小。并且，复合材料S1的质量减少率WR与ISO-1182中的基准即30％相比较小。并且，复合材料S1的测试后的测试体的形状与测试前的测试体的形状相比，未有大变化。不燃性测试的结果显示复合材料S1的不燃性高。
5.实施例2
(5-1)母材用溶液的制造：制造具有以下组成的母材用溶液S4。母材用溶液S4的制造方法为混合各成分的方法。
(母材用溶液S4)
硅酸钠JIS 3号：74.0质量份
白砂球：7.4质量份
硅酸盐矿物(砂灰石)：7.4质量份
高铝水泥：7.4质量份
(5-2)复合材料的制造：使用母材用溶液S4通过上述第一制造方法制造复合材料。以下将使用母材用溶液S4所制造的复合材料作为复合材料S4。
于复合材料S4的制造所使用的无机纤维为玄武岩纤维(ALLTE PLUS公司制，型号：AC1919G 102)。无机纤维的积层数量为11片。干燥硬化的步骤中，干燥炉中的温度为100℃。
(5-3)复合材料的评价：对复合材料S4根据JIS K 7164进行拉伸测试，测定拉伸强度。复合材料S4的拉伸强度为34.1MPa。
对复合材料S4根据JIS K 7171进行抗弯测试，测定抗弯强度及抗弯模数。复合材料S4的抗弯强度为57.1MPa。复合材料S4的抗弯模数为20.8GPa。
6.其他实施形态：以上说明了本发明的实施形态，但是本发明不限定于上述实施形态，可进行各种变更以实施。
(6-1)上述实施形态中的一个构成要件所具有的多个机能可通过多个构成要件来实现，或一个构成要件所具有的一个机能可通过多个构成要件来实现。并且，多个构成要件所具有的多个机能可通过一个构成要件来实现，或通过多个构成要件实现的一个机能可通过一个构成要件来实现。另外，可省略上述实施形态的构成的一部分。此外，上述实施形态的构成的至少一部分可对其他上述实施形态的构成作附加或置换。
(6-2)除了上述复合材料以外，可用包含该复合材料作为构成要件的***等各种形态来实现本发明。
Claims (6)
1.一种复合材料，包含母材及无机纤维，其特征在于，该母材包含（a）硅酸钠的脱水缩合反应产物及（b）高铝水泥。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该母材所包含的该（a）成分的质量大于该母材所包含的该（b）成分的质量。
3.如权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，该母材另外包含选自由白砂球及硅酸盐矿物所组成的群组中的一种以上。
4.一种复合材料的制造方法，其特征在于，该复合材料包含母材及无机纤维，该复合材料的制造方法使包含（A）硅酸钠及（B）高铝水泥的溶液浸透于该无机纤维，加热以使该（A）成分产生脱水缩合反应。
5.如权利要求4所述的复合材料的制造方法，其特征在于，该溶液所包含的该（A）成分的质量大于该溶液所包含的该（B）成分的质量。
6.如权利要求4或5所述的复合材料的制造方法，其特征在于，该溶液另外包含选自由白砂球及硅酸盐矿物所组成的群组中的一种以上。
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