一種氣液分離膜、氣液分離膜支撐材料復合物及應用的制作方法

本發明涉及一種氣液分離膜、氣液分離膜支撐材料復合物及應用，具體應用在樹脂灌注固化成型制造復合材料部件領域，包括風力發電機葉片、飛機機翼機體、船舶殼體等的復合材料部件的制造。

背景技術：

現有技術中，氣液分離膜一般使用的都是用PTEF微孔膜制造的氣液分離膜，制造困難，昂貴，并且PTEF微孔膜的生產，存在拉伸工藝、透氣性能和耐壓性能的定量控制困難，還存在制造工藝方面難度大、成本高等方面的問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種氣液分離膜。

本發明還提供一種氣液分離膜支撐材料復合物及其應用。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種氣液分離膜，以重量百分含量計，制備所述氣液分離膜的原料配方包括以下組分：

其中，所述透氣添加劑為硫酸鋇、碳酸鈣、白炭黑、炭黑、滑石粉、珠光粉、鈦白粉、硅藻土、高嶺土、淀粉以及纖維素中的一種或多種的組合。

本發明中，所述透氣添加劑的粒徑為0.05微米～10微米，優選為0.1微米～2微米，更優選為0.1微米～0.7微米。

所述樹脂基料為環氧樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或多種的組合。

優選地，所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂，多酚型縮水甘油醚環氧樹脂、脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂、縮水甘油酯型環氧樹脂、雜環型和混合型環氧樹脂等中的一種或多種的組合；所述聚丙烯酸樹脂為環氧改性丙烯酸樹脂、聚氨酯改性丙烯酸樹脂中的一種或多種的組合；所述聚氨酯樹脂包括用TDI、MDI、HDI或IPDI為原料生產的聚氨酯樹脂。

本發明中，所述樹脂基料中的高分子聚合物的重均分子量為10萬～250萬。

所述交聯劑為異氰酸酯交聯劑、氮丙啶交聯劑、多乙烯多胺交聯劑、其他多活性官能團化學物質中的一種或幾種的組合。

所述異氰酸酯交聯劑包括甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、1,6-己二異氰酸酯、二環已基甲烷二異氰酸酯等一種或者上述幾種的混合物；所述氮丙啶交聯劑包括三羥甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯、三羥甲基丙烷-三(3-氮丙啶基)丙酸酯、季戊四醇-三(3-氮丙啶基)丙酸酯)等上述一種或者幾種的混合物；所述多乙烯多胺交聯劑包括乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺一種或者幾種的混合物。

所述其他多活性官能團化學物質，比如烯丙基縮水甘油醚、聚苯二甲酸二烯丙酯等一種或者多種物質的混合物。

所述稀釋劑為丙酮、二甲苯、二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯、四氫呋喃中的一種或多種的組合。

根據本發明，本發明的各種原料均可商購獲得。在沒有特別說明時，這些原料均為標準化工品。

將上述各組分經混合、攪拌均勻后，得到液態膏狀樹脂，粘度為2000cps～20000cps。

本發明采取的另一種技術方案為：

一種氣液分離膜支撐材料復合物，所述氣液分離膜支撐材料復合物包括支撐基材及覆蓋在所述支撐基材表面上的氣液分離膜，所述氣液分離膜為上述氣液分離膜。

所述氣液分離膜支撐材料復合物可以通過以下二種制備方法制備得到：

第一種制備方法為：該制備方法包括以下步驟：

(1)將上述液態膏狀樹脂涂布到基底表面上固化，固化后剝離為帶有微孔的氣液分離膜，膜厚度在0.005mm到0.4mm之間。

(2)在支撐基材表面上涂布膠黏劑，將步驟(1)制得的氣液分離膜通過所述膠黏劑復合到所述支撐基材表面上，即得氣液分離膜支撐材料復合物。

步驟(1)中，所述氣液分離膜可以用涂布機生產，可以是刮涂也可以是滾涂方式。

步驟(1)中，所述基底可以是離型膜，如可以是0.01～0.05mm厚度的PET硅油涂布膜。

步驟(1)中，所述固化可以是熱固化，也可以是用水萃取轉移有機溶劑固化。如稀釋劑采用DMF溶劑時，可采用水萃取轉移有機溶劑固化。

步驟(2)中，復合的具體方法為：用刮膠、噴膠的工藝，將熱熔膠、壓敏膠等施膠于支撐基材表面上后，將氣液分離膜在熱壓的條件下復合到支撐基材表面上，得到氣液分離膜支撐材料復合物。

步驟(2)中，所述支撐基材為合成纖維布，可以是尼龍、滌綸、錦綸、丙綸等合成纖維布，克重在40～200克/平方米。

所述制備方法制備得到的氣液分離膜支撐材料復合物是通過膠黏劑將氣液分離膜覆蓋在支撐基材表面上。

第二種制備方法為：可以用刮涂或滾涂方式，將上述液態膏狀樹脂直接涂布到支撐基材表面上，固化成型，即得所述氣液分離膜支撐材料復合物。

所述支撐基材為合成纖維布，可以是尼龍、滌綸、錦綸、丙綸等合成纖維布，克重在40～200克/平方米。

所述固化可以是熱固化，也可以是用水萃取轉移有機溶劑固化。如稀釋劑采用DMF溶劑時，可采用水萃取轉移有機溶劑固化。

本發明中，上述液態膏狀樹脂的涂布量在5～40克/平方米。

本發明得到的氣液分離膜支撐材料復合物的耐水壓在1.0千克力/平方厘米以上，空氣透過速率在1atm壓力下，可達10000mL/Min.M²以上。

本發明采取的又另一技術方案是：

一種上述氣液分離膜支撐材料復合物在樹脂灌注固化成型制造復合材料部件領域中的應用，包括風力發電機葉片、飛機機翼機體、船舶殼體等的復合材料部件的制造。

由于上述技術方案的采用，本發明與現有技術相比具有如下優點：

本發明的氣液分離膜選用的原材料便宜，制備工藝簡單。

本發明的氣液分離膜容易通過調整配方和涂布量使得制備出的氣液分離膜具有較高的耐液壓和較大的透氣速率的性能，且控制準確穩定。

本發明的氣液分離膜支撐材料復合物用于樹脂灌注固化成型制造復合材料部件領域，能夠很好的保證固化后成品的質量。

附圖說明

圖1為樹脂復合材料灌注示意圖(灌注前)。

圖2為樹脂復合材料灌注示意圖(灌注中)。

圖3為樹脂復合材料灌注示意圖(灌注完畢)。

其中：1、真空抽氣管；2、真空膜；3、透氣棉；4、氣液分離膜支撐材料復合物；5、離型布；6、密封膠帶；7、纖維增強材料；8、模具基底；9、樹脂入口管；10、導流網。

圖4為用于測試本發明的氣液分離膜支撐材料復合物的耐液壓和透氣速率的測試裝置的結構示意圖。

其中，100、筒體；100a、筒體本體；100b、筒體法蘭；200、第一密封蓋；300、第二密封蓋；400、入口管；500、出口管；600、壓力表；700、流量計；800、第一密封墊片；900、第二密封墊片。

具體實施方式

本發明的氣液分離膜的形成：溶解在溶液里面的聚合物，在溶劑揮發或者遷移出體系而固化成膜過程中，往往會形成微孔，如果加入特定量和直徑的固體粒子，溶劑揮發或者遷移會更容易在這些固體和樹脂界面上發生，這樣微孔的大小和數量將得到控制，一般來講固體粒子加入量越大，微孔越多，透氣速率越大，固體粒子直徑越小，微孔直徑越小，耐液壓也越大，本發明樹脂組合物的配方中加入了納米或亞納米級別的固體粒子，使得氣液分離膜具有高的耐液壓和較大透氣速率的性能。

本發明的氣液分離膜支撐材料復合物，用于樹脂灌注固化成型制造復合材料部件，可以消除在灌注過程中，樹脂由真空吸入到模具和真空膜形成的真空腔時，樹脂直接到達并充滿真空吸氣管而使得灌注過早結束這一問題，該問題會導致腔體內形成氣泡或者虛空，造成部件質量缺陷。如圖1～3所示，圖中，真空抽氣管1，接真空泵，抽盡空氣；真空膜2，與模具基底8和密封膠帶6一起形成真空腔；透氣棉3，維持抽氣順暢；氣液分離膜支撐材料復合物4，讓空氣通過，阻止樹脂通過；離型布5，起到脫模作用；密封膠帶6，密封作用；纖維增強材料7，增強復合材料部件強度；樹脂入口管9，樹脂入口；導流網10，讓樹脂通過，減小灌注阻力。

灌注前，當真空膜、模具和密封膠包裹著的空間，被氣液分離膜支撐材料復合物分割為兩個腔體，纖維增強材料所在的腔體為灌注區，需要被從樹脂入口管9進入的樹脂充滿，透氣棉所在的區為真空抽氣區，隨著樹脂從A點往B點方向灌注，殘余空氣不斷通過氣液分離膜支撐材料復合物，經真空管抽走，直到氣液分離膜支撐材料復合物或者物所有面積被樹脂覆蓋，灌注停止，這樣灌注區內的所有氣體都可以逐步充分抽走，最大限度地防止虛空或者氣泡的產生，從而保證固化后的制品的質量。

下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明。

實施例1

本實施例提供一種氣液分離膜，該氣液分離膜采用如下方法制造：

樹脂基料為聚氨酯改性丙烯酸樹脂TKM-980，生產廠家為東莞市雅德樹脂新材料有限公司；交聯劑為分析純甲苯二異氰酸酯；透氣添加劑為D50在700納米的碳酸鈣微粉，為立達超微工業(蘇州)有限公司生產；稀釋劑為分析純丙酮。將四組分經過攪拌機以500轉/分鐘的轉速，攪拌分散0.5個小時，再以轉速200轉/分鐘的轉速，攪拌分散2個小時得到粘度為6500cps的液態膏狀樹脂組合物，攪拌機為江陰市愛達機械有限公司生產的高速分散機IGF2.2。將上述液態膏狀樹脂組合物，用涂布機以5米/分鐘的速度、30克/平方米的涂布量，涂在厚度為20um的硅油離型膜上，涂布機為山東安尼麥特儀器有限公司生產的AT-TB實驗用小型涂布試驗機，硅油離型膜為上海瑞摯實業有限公司產品。在烘箱內，以150攝氏度干燥20分鐘后，將固化膜從硅油離型膜上剝開，得到氣液分離膜A。烘箱為上海精宏實驗設備有限公司9203A型電熱恒溫鼓風干燥箱。

實施例2

本實施例提供一種氣液分離膜，該氣液分離膜采用如下方法制造：

樹脂基料為聚氨酯樹脂HDW-20，生產廠家為上海匯得化工有限公司；交聯劑為分析純甲苯二異氰酸酯；透氣添加劑為D50在500納米的高嶺土微粉，生產廠家為內蒙古蒙西高嶺土粉體股份有限公司；稀釋劑為分析純DMF。將四組分經過攪拌機以500轉/分鐘的轉速，攪拌分散0.5個小時，再以轉速200轉/分鐘的轉速，攪拌分散2個小時得到粘度為6200cps的液態膏狀樹脂組合物。將上述液態膏狀樹脂組合物，用涂布機，以25克/平方米的涂布量，涂在厚度為20um的硅油離型膜上，在烘箱內，以150攝氏度干燥20分鐘后，將固化膜從硅油離型膜上剝開，得到氣液分離膜B，其他設備和材料同實施例1。

實施例3

本實施例提供一種氣液分離膜，該氣液分離膜采用如下方法制造：

樹脂基料為聚氨酯樹脂HDW-20；交聯劑為分析純甲苯二異氰酸酯；透氣添加劑為D50在500納米的高嶺土微粉；稀釋劑為分析純DMF。將四組分經過攪拌機以500轉/分鐘的轉速，攪拌分散0.5個小時，再以轉速200轉/分鐘的轉速，攪拌分散2個小時得到粘度為4000cps的液態膏狀樹脂組合物。將上述液態膏狀樹脂組合物，用涂布機，以25克/平方米的涂布量，涂在厚度為20um的硅油離型膜上，將涂好的涂片放在溫度為50攝氏度的水里面浸泡25分鐘后取出在烘箱內以110攝氏度烘干，將固化膜從硅油離型膜上剝開，得到氣液分離膜C，其他設備和材料同實施例1。

實施例4

本實施例提供一種氣液分離膜支撐材料復合物，該氣液分離膜支撐材料復合物采用如下方法制造：

將熱熔膠用涂布機以180攝氏度、20米/分鐘的速度、10克/平方米的涂布量涂到100克/平方米的滌綸布上，得到帶膠滌綸布，熱熔膠為佛山市利嘉達科技有限公生產的HM-28B-T熱熔膠，涂布機為上海華迪機械有限公司生產的RT110熱熔膠涂布機。將實施例1-3中得到的氣液分離膜A、B、C，用復合機，在溫度為160攝氏度，復合速度為3米/分鐘，復合到上述帶膠滌綸布上，等到氣液分離膜支撐材料復合物1#，2#，3#三種樣品，復合機為無錫天英自動化科技有限公司的TY90042R精密復合機，其他設備和材料同實施例1。

實施例5

本實施例提供一種氣液分離膜支撐材料復合物，該氣液分離膜支撐材料復合物采用如下方法制造：

樹脂基料為聚氨酯樹脂HDW-20；交聯劑為分析純甲苯二異氰酸酯；透氣添加劑為D50在500納米的高嶺土微粉；稀釋劑為分析純DMF。將四組分經過攪拌機以500轉/分鐘的轉速，攪拌分散0.5個小時，再以轉速200轉/分鐘的轉速，攪拌分散2個小時得到粘度為4000cps的液態膏狀樹脂組合物。將上述液態膏狀樹脂組合物，用涂布機，以25克/平方米的涂布量，涂在克重為120克的滌綸布上，滌綸布為吳江市偉江紡織紡機有限責任公司生產，將涂好的涂片放在溫度為50攝氏度的水里面25分鐘后取出在烘箱內以150攝氏度烘干，得到氣液分離膜支撐材料復合物4#，其他設備和材料同實施例1。

實施例6

本實施例提供一種氣液分離膜支撐材料復合物，該氣液分離膜支撐材料復合物采用如下方法制造：

樹脂基料為聚氨酯樹脂HDW-20；交聯劑為分析純甲苯二異氰酸酯；透氣添加劑為D50在700納米的碳酸鈣微粉；稀釋劑為分析純DMF。將四組分經過攪拌機以500轉/分鐘的轉速，攪拌分散0.5個小時，再以轉速200轉/分鐘的轉速，攪拌分散2個小時得到粘度為3500cps的液態膏狀樹脂組合物。將上述液態膏狀樹脂組合物，用涂布機，以25克/平方米的涂布量，涂在克重為120克的滌綸布上，將涂好的涂片放在溫度為150攝氏度的烘箱內以110攝氏度烘干得到氣液分離膜支撐材料復合物5#，其他設備和材料同實施例1。

實施例7

本實施例提供一種氣液分離膜支撐材料復合物，該氣液分離膜支撐材料復合物采用如下方法制造：

樹脂基料為聚氨酯改性丙烯酸樹脂TKM-980，交聯劑為分析純二苯基甲烷二異氰酸酯；透氣添加劑為D50在700納米的碳酸鈣微粉和D50在600納米的高嶺土微粉的混合物，比例為1:1；稀釋劑為分析純丙酮。將四組分經過攪拌機以500轉/分鐘的轉速，攪拌分散0.5個小時，再以轉速200轉/分鐘的轉速，攪拌分散2個小時得到粘度為3500cps的液態膏狀樹脂組合物。將上述液態膏狀樹脂組合物，用涂布機，以25克/平方米的涂布量，涂在克重為120克的滌綸布上，將涂好的涂片放在溫度為150攝氏度的烘箱內以110攝氏度烘干得到氣液分離膜支撐材料復合物6#，其他設備和材料同實施例1。

對上述實施例中的氣液分離膜支撐材料復合物進行耐液壓和透氣速率性能測試，測試結果如表1所示。

其中，測試耐液壓和透氣速率的測試裝置如圖4所示，該測試裝置包括具有內腔的筒體100，分別與筒體100的兩端部固定連接且用于密封該內腔的第一密封蓋200和第二密封蓋300，連接在第一密封蓋200上的用于流體介質流通的入口管400及連接在第二密封蓋300上的用于流體介質流通的出口管500，入口管400的管腔和出口管500的管腔分別與筒體100的內腔連通，氣液分離膜支撐材料復合物4設置在第一密封蓋200和筒體100之間。該筒體100為透明塑料筒體，如由透明有機玻璃制成。

該筒體100包括筒體本體100a及設置在筒體本體100a兩端部的筒體法蘭100b，第一密封蓋200與一端部的筒體法蘭100b通過螺栓固定連接，第二密封蓋300與另一端部的筒體法蘭100b通過螺栓固定連接。在第一密封蓋200與氣液分離膜支撐材料復合物4之間、氣液分離膜支撐材料復合物4與筒體法蘭100b之間分別設置有第一密封墊片800，在第二密封蓋300與筒體法蘭100b之間設置有第二密封墊片900。

該測試裝置還包括連接在入口管400上的壓力表600及連接在出口管500上的流量計700。

耐液壓采用如下方法測試：

選用水為流體介質，將第一密封墊片800/氣液分離膜支撐材料復合物4/第一密封墊片800安裝在第一密封蓋200與筒體100之間，將入口管400連接到帶有調壓閥的高壓水泵，開啟水泵，緩慢調節調壓閥，使得水壓逐步上升，當氣液分離膜支撐材料復合物4表面有水珠出現時，停止升壓。記錄壓力表讀數，即為氣液分離膜支撐材料復合物4的耐水壓值。上述測試在溫度25攝氏度下進行。

透氣速率采用如下方法測試：

選用空氣為流體介質，將第一密封墊片800/氣液分離膜支撐材料復合物4/第一密封墊片800安裝在第一密封蓋200與筒體法蘭100b之間，從與第二密封蓋300相連的筒體法蘭100b口加入不超過筒體本體100a高度30％的水后，放入第二密封墊片900，然后將第二密封蓋300與筒體法蘭100b緊固密閉，將入口管400連接到帶有調壓閥的壓縮空氣，開啟壓縮空氣的調壓閥，調節壓力表逐漸升高直到設定值，如1atm，讀取流量計空氣流量讀數，即為氣液分離膜支撐材料復合物4的透氣速率。上述測試在溫度25攝氏度下進行。在壓力逐漸升高過程中，可以看到氣泡在什么壓力下出現，整個測試過程中氣泡的大小和數量，可以通過拍照，對膜表面的微孔的數量和孔徑進行間接的定量分析。

表1為氣液分離膜支撐材料復合物的性能測試結果

備注：耐液壓測試中液體為蒸餾水；透氣速率測試中氣體為空氣，測試壓力為1ATM

實施例8

氣液分離膜支撐材料復合物在快艇殼體上面的運用

將真空膜2(為0.06mm厚度的尼龍薄膜)、透氣棉3(普通棉花)、氣液分離膜支撐材料復合物4、離型布5(105克/平方米尼龍66坯布)、5cm厚度多層纖維增強材料7(玻璃纖維)、離型布5(105克/平方米尼龍66坯布)，導流網10(厚度為2mm，孔為3mmx3mm的PE網)等各層材料從上到下依次鋪展在玻璃鋼模具成形表面，導流網10層插入樹脂入口管9道，在透氣棉3層插入真空抽氣管1，并接入真空泵，用密封膠帶6封閉各層材料的邊緣和管道邊緣處，樹脂入口管9接入樹脂儲罐，啟動真空泵，已經加入固化劑的環氧樹脂經過管道流入真空腔，并逐步充滿玻璃纖維所有區域。經過2個小時的固化后，剝去上下兩層離型布和其外層的所有輔料，得到玻璃鋼快艇殼體，檢測后，殼體無氣泡、裂紋或者不浸潤區域，質量良好。

實施例9

氣液分離膜支撐材料復合物在分機葉片上面的運用

將真空膜2(為0.06mm厚度的尼龍薄膜)、透氣棉3(普通棉花)、氣液分離膜支撐材料復合物4、離型布5(85克/平方米尼龍66坯布)、2-10cm厚度多層纖維增強材料7(玻璃纖維)、離型布5(85克/平方米尼龍66坯布)，導流網10(厚度為3mm，孔為4mmx4mm的PE網)等各層材料從上到下依次鋪展在玻璃鋼模具成形表面，導流網10層插入樹脂入口管9道，在透氣棉3層插入真空抽氣管1，并接入真空泵，用密封膠帶6封閉各層材料的邊緣和管道邊緣處，樹脂入口管9接入樹脂儲罐，啟動真空泵，已經加入固化劑環氧樹脂經過管道流入真空腔，并逐步充滿玻璃纖維所有區域。經過3個小時的固化后，剝去上下兩層離型布5和其外層的所有輔料，得到玻璃鋼葉片，檢測后，葉片無氣泡、裂紋或者不浸潤區域，質量良好。

實施例10

氣液分離膜支撐材料復合物在航模飛機機翼上面的運用

將真空膜2(為0.06mm厚度的尼龍薄膜)、透氣棉3(普通棉花)、氣液分離膜支撐材料復合物4、離型布5(85克/平方米尼龍66坯布)、1-3cm厚度多層纖維增強材料7(玻璃纖維)、離型布5(85克/平方米尼龍66坯布)，導流網10(厚度為3mm，孔為4mmx4mm的PE網)等各層材料從上到下依次鋪展在玻璃鋼模具成形表面，導流網10層插入樹脂入口管9道，在透氣棉3層插入真空抽氣管1，并接入真空泵，用密封膠帶6封閉各層材料的邊緣和管道邊緣處，樹脂入口管9接入樹脂儲罐，啟動真空泵，已經加入固化劑環氧樹脂經過管道流入真空腔，并逐步充滿玻璃纖維所有區域。經過3個小時的固化后，剝去上下兩層離型布5和其外層的所有輔料，得到玻璃鋼葉片，檢測后，飛機機翼無氣泡、裂紋或者不浸潤區域，質量良好。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。