技术领域
[0001] 本
发明属于铅酸电池技术领域，具体的涉及一种高强度复合材料
蓄电池盖及其制备方法。
背景技术
[0002] 复合材料因其轻质高强、抗疲劳性好、破损安全性好、耐化学
腐蚀等特点，被广泛应用在国民工业领域，其中以
树脂基复合材料应用最广。
片状模塑料(SMC)是用不饱和聚酯树脂、
增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩剂、填料、内
脱模剂、
着色剂等混
合成树脂糊浸渍短切状玻璃
纤维粗纱或
玻璃纤维毡，并在两面用聚乙烯或聚丙烯
薄膜包覆起来形成的片状模压成
型材料。使用时，只需将两面的薄膜撕掉，裁切后放入模具中加温加压，即得所需制品[0003] 由于增稠剂的化学增稠作用，使片材处于不粘手的状态，操作处理方便，作业环境清洁；通过调节玻璃纤维含量，可以制备结构复杂、小型产品，也可制备强度高的取代
钢材、
铝材的结构件；模压成型方式使得成型品的表面光洁度高，添加低收缩剂则表面
质量更为理想。
[0004] 目前我国舰舶用大容量铅酸电池，蓄电池盖多采用ABS树脂、聚砜树脂、硬质
橡胶、
团状模塑料等材料制备，其
力学性能差，易破裂，造成
电解液渗漏，影响电池使用和环境安全，并且由于其强度低，电池盖功能设计单一，仅起
覆盖电解液和装饰作用。随着电池技术的进步，
船舶、舰艇上使用的大容量铅酸电池，趋向于免维护设计，蓄电池盖材料强度要求高、功能需求多，使用普通材料通过常规成型方式制备的蓄电池盖不能满足要求。
[0005] 有鉴于此，提供一种材料强度高、功能多的复合材料蓄电池盖及其制备方法，实现我国舰舶用大容量铅酸电池免维护化设计成为目前亟待解决的问题。
发明内容
[0006] 针对
现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高强度复合材料蓄电池盖，耐酸
碱腐蚀、材料强度高，力学性能优于普通蓄电池盖，表面光洁度高，产品外形美观、强度高，能够满足特殊动力型蓄电池的使用要求；本发明还提供其制备方法。
[0007] 本发明所述的高强度复合材料蓄电池盖，由树脂糊和
增强材料按质量比75:25-55:45混合制备而成；所述树脂糊包括以下质量份数的原料：
[0008]
[0009]
[0010] 不饱和聚酯树脂为邻苯型聚酯树脂、间苯型聚酯树脂、乙烯基树脂中的一种。
[0011] 低收缩添加剂为聚乙烯(PE)粉、聚苯乙烯(PS)及其共聚物、聚甲基
丙烯酸甲酯(PMMA)、聚
醋酸乙烯酯(PVAC)、聚氯乙烯(PVC)及其共聚物中的一种；
[0012] 内脱模剂为卵磷脂、合成或天然蜡、
硬脂酸盐中的一种。
[0013] 填料为
高岭土、滑石粉、
硫酸钡、硫酸
钙的一种或多种。
[0014] 交联剂为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基
甲苯、邻苯二
甲酸二丙烯酯中的一种。
[0015] 引发剂为过
氧化
苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化己酸叔丁酯(TBPO)、过氧化二苯甲酰(BPO)中的一种或多种。
[0016] 增稠剂为IIA族金属氧化物中的一种。
[0017] 阻聚剂为苯醌类或多价
苯酚类化合物的一种。
[0018] 分散剂为德国毕克公司的BYK-W955、BYK-9076、BYK-972中的一种。
[0019] 着色剂为有机颜料色浆或无机颜料色浆。有机颜料色浆优选为酞青蓝色浆或酞青绿色浆，无机颜料色浆优选为
钛白色浆或
炭黑色浆。
[0020] 增强材料为长度20-50mm的短切状玻璃纤维，短切状玻璃纤维为中碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维中的一种或多种。
[0021] 优选地，增强材料为长度25mm/50mm的两种短切状玻璃纤维按照0-1:1比例混合使用。
[0022] 本发明所述的高强度复合材料蓄电池盖的制备方法，步骤如下：
[0023] (1)将低收缩添加剂、内脱模剂、填料依次加入不饱和聚酯树脂中，混合均匀后加入交联剂、引发剂和增稠剂，混合均匀制成树脂糊；
[0024] (2)先将树脂糊均匀涂覆在上、下两层PE膜上，再将增强材料均匀撒落到树脂糊内，然后将上、下PE薄膜相对粘贴，通过反复压挤使树脂糊与增强材料充分浸润，成型为SMC片材并收卷；
[0025] (3)增稠：将收卷的SMC片材在30-40℃
温度下进行增稠，增稠时间为24-48h，制得模塑料片材；
[0026] (4)裁切、装模：按照模具尺寸裁剪模塑料片材，使用专用裁切工装，将裁剪后的模塑料片材按照产品外形裁切，取下PE膜，采用多层片状坯料
水平铺设方式进行叠放；
[0027] (5)压制、修边：将叠放好的多层片状坯料利用模压成型模具和液压设备，经高温压制后出模，修边，制得蓄电池盖。
[0028] 步骤(1)在制备树脂糊时，还加入阻聚剂、分散剂、着色剂中的一种或多种。在需要长时间存放的情况下加入阻聚剂，延长存放时间；在产品充模不良、树脂糊分散不均时加入分散剂；在对
颜色有要求时，根据需要色号要求加入着色剂。以上原料可根据产品需要选择性加入。
[0029] 将低收缩添加剂、内脱模剂、填料依次加入不饱和聚酯树脂之后，要有充分的搅拌时间，以使各个组分能够混合均匀，避免造成产品
缺陷。交联剂、引发剂和增稠剂的加入量要准确，同时要求保证充分的搅拌时间，但搅拌时间不宜过长，以免造成树脂糊
粘度过高，影响纤维增强材料的浸渍效果。如果要加入阻聚剂、分散剂或着色剂，则要在加投低收缩添加剂之后加入，然后再加入内脱模剂及填料，完全混合均匀后使用。
[0030] 步骤(2)中树脂糊在涂覆时温度为28-32℃。
[0031] 步骤(4)中的专用裁切工装包括
气缸、凸模、凹模和导柱，所述凸模和凹模在垂直方向
位置吻合。
[0032] 专用裁装使用方法为：将裁剪好的矩形片材，放置在专用裁切工装的凹模
指定位置，启动气缸，气缸推动凸模快速下落，专
门设计的凸模与凹模通过相互剪切，裁切出符合要求形状的片材。
[0033] 步骤(4)中多层片状坯料水平铺设方式操作方法为：将裁切好的片状坯料，按照相同的方向，逐层、整齐叠放至电池盖模具底模指
定位置。
[0034] 采用多层片状坯料水平铺设方式可最低程度影响片材的铺设方向，充分发挥片材玻璃纤维的增强作用。
[0035] 步骤(5)中高温压制温度为120-170℃，压力为5-10MPa，时间为20-60min。
[0036] 与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
[0037] 本发明通过树脂糊、玻璃纤维材料的优选与合理配比、应用专用裁切工装、合理设计坯料铺设方式，充分发挥纤维材料的增强作用，制备出材料机械强度高、
耐腐蚀性好，质量可靠性高，表面光洁度高，产品外形美观的高强度蓄电池盖。
附图说明
[0038] 图1为本发明高强度复合材料蓄电池盖的制备方法
流程图；
[0039] 图2为本发明专用裁切工装的立体结构示意图；
[0040] 图3为本发明专用裁切工装的主视结构示意图；
[0041] 图4为本发明采用专用裁切工装裁切后的片材结构示意图；
[0042] 图5为本发明多层片状坯料水平铺设方式的示意图；
[0043] 图中：1、气缸；2、凸模；3、凹模；4、导柱；5、裁切后的片材。
具体实施方式
[0044] 以下结合
实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
[0045] 实施例1
[0046] 一种高强度复合材料蓄电池盖，由树脂糊和增强材料按质量比60:40混合制备而成；其中树脂糊由以下质量份数的原料制成：
[0047]
[0048] 增强材料由长度为25mm的无碱玻璃纤维和长度为50mm的无碱玻璃纤维按质量比1:1混合得到。
[0049] 高强度复合材料蓄电池盖的制备方法如下：
[0050] (1)按以上配比称取各种原料，将低收缩添加剂、着色剂、分散剂、内脱模剂、填料依次加入不饱和聚酯树脂中，混合均匀后加入交联剂、引发剂和增稠剂，混合均匀制成树脂糊；
[0051] (2)先将30℃的树脂糊用刮刀均匀涂覆在上、下两层PE膜上，再将增强材料均匀撒落到树脂糊内，然后将上、下PE薄膜相对粘贴，形成一层上、下覆有PE膜的树脂糊片材，通过
履带压挤使树脂糊与增强材料充分浸润，成型为SMC片材并收卷；
[0052] (3)增稠：将收卷的SMC片材运送到增稠室增稠，增稠温度为35℃，时间为30h，制得模塑料片材；
[0053] (4)裁切、装模：按照模具尺寸裁剪模塑料片材，用专用裁切工装，将裁剪后的模塑料片材按照产品外形裁切，取下PE膜，采用多层片状坯料水平铺设方式进行叠放，根据产品厚度和试模确定坯料层数和最终装模重量，装模过程中裁剪适量的条状片材，用于个别特殊部位的填充，保证良好的充模效果；
[0054] (5)压制、修边：将模具型腔清理干净，
喷涂油性脱模剂，确认模具温度，装填片材坯料，启动压机进行合模，当压力表上读数达到规定压力20s后，对模具进行泄压排气，排气时将压力卸掉，上下模具刚分开，再迅速按下压制按钮，模具温度为145℃，保压时间为35min；压力为6MPa；满足保压时间后，开模取出产品，用锉刀将盖体表面
飞边锉去，修理干净，即制得蓄电池盖。
[0055] 实施例2
[0056] 一种高强度复合材料蓄电池盖，由树脂糊和增强材料按质量比65:35混合制备而成；其中树脂糊由以下质量份数的原料制成：
[0057]
[0058] 增强材料由25mm的无碱短切玻璃纤维和50mm的无碱短切玻璃纤维按质量比1:1混合得到。
[0059] 高强度复合材料蓄电池盖的制备方法如下：
[0060] (1)按以上配比称取各种原料，将低收缩添加剂、阻聚剂、着色剂、分散剂、内脱模剂、填料依次加入不饱和聚酯树脂中，混合均匀后加入交联剂、引发剂和增稠剂，混合均匀制成树脂糊；
[0061] (2)先将32℃的树脂糊用刮刀均匀涂覆在上、下两层PE膜上，再将增强材料均匀撒落到树脂糊内，然后将上、下PE薄膜相对粘贴，形成一层上、下覆有PE膜的树脂糊片材，通过履带压挤使树脂糊与增强材料充分浸润，成型为SMC片材并收卷；
[0062] (3)增稠：将收卷的SMC片材运送到增稠室增稠，增稠温度为30℃，时间为48h，制得模塑料片材；
[0063] (4)裁切、装模：按照模具尺寸裁剪模塑料片材，用专用裁切工装，将裁剪后的模塑料片材按照产品外形裁切，取下PE膜，采用多层片状坯料水平铺设方式进行叠放，根据产品厚度和试模确定坯料层数和最终装模重量，装模过程中裁剪适量的条状片材，用于个别特殊部位的填充，保证良好的充模效果；
[0064] (5)压制、修边：将模具型腔清理干净，喷涂油性脱模剂，确认模具温度，装填片材坯料，启动压机进行合模，当压力表上读数达到规定压力30s后，对模具进行泄压排气，排气时将压力卸掉，上下模具刚分开，再迅速按下压制按钮，模具温度为140℃，保压时间为40min；压力为7MPa；满足保压时间后，开模取出产品，用锉刀将盖体表面飞边锉去，修理干净，即制得蓄电池盖。
[0065] 实施例3
[0066] 一种高强度复合材料蓄电池盖，由树脂糊和增强材料按质量比70:30混合制备而成；其中树脂糊由以下质量份数的原料制成：
[0067]
[0068] 增强材料由25mm的无碱短切玻璃纤维和50mm的无碱短切玻璃纤维按质量比1:1混合得到。
[0069] 高强度复合材料蓄电池盖的制备方法如下：
[0070] (1)按以上配比称取各种原料，将低收缩添加剂、阻聚剂、着色剂、分散剂、内脱模剂、填料依次加入不饱和聚酯树脂中，混合均匀后加入交联剂、引发剂和增稠剂，混合均匀制成树脂糊；
[0071] (2)先将32℃的树脂糊用刮刀均匀涂覆在上、下两层PE膜上，再将增强材料均匀撒落到树脂糊内，然后将上、下PE薄膜相对粘贴，形成一层上、下覆有PE膜的树脂糊片材，通过履带压挤使树脂糊与增强材料充分浸润，成型为SMC片材并收卷；
[0072] (3)增稠：将收卷的SMC片材运送到增稠室增稠，增稠温度为40℃，时间为24h，制得模塑料片材；
[0073] (4)裁切、装模：按照模具尺寸裁剪模塑料片材，用专用裁切工装，将裁剪后的模塑料片材按照产品外形裁切，取下PE膜，采用多层片状坯料水平铺设方式进行叠放，根据产品厚度和试模确定坯料层数和最终装模重量，装模过程中裁剪适量的条状片材，用于个别特殊部位的填充，保证良好的充模效果；
[0074] (5)压制、修边：将模具型腔清理干净，喷涂油性脱模剂，确认模具温度，装填片材坯料，启动压机进行合模，当压力表上读数达到规定压力10s后，对模具进行泄压排气，排气时将压力卸掉，上下模具刚分开，再迅速按下压制按钮，模具温度为150℃，保压时间为30min；压力为5MPa；满足保压时间后，开模取出产品，用锉刀将盖体表面飞边锉去，修理干净，即制得蓄电池盖。
[0075] 对比例1
[0076] 本对比例与实施例1相比，不同点仅在于高强度复合材料蓄电池盖配方中树脂糊和增强材料按质量比为85：15，高强度复合材料蓄电池盖的制备方法相同。
[0077] 对比例2
[0078] 本对比例与实施例1相比，高强度复合材料蓄电池盖的配方和制备方法相同，不同点仅在于高强度复合材料蓄电池盖的制备过程中未采用专用裁切工装，按照电池盖长宽尺寸，将片状坯料用
剪刀裁剪成矩形。
[0079] 对比例3
[0080] 本对比例与实施例1相比，高强度复合材料蓄电池盖的配方和制备方法相同，不同点仅在于高强度复合材料蓄电池盖的制备过程中未采用多层片状坯料水平铺设方式，采用中间位置堆放的形式。
[0081] 将实施例1-3和对比例1-3制备的蓄电池盖进行性能测试，测试方法或仪器如下：
[0082] (1)外观：目测；
[0084] (3)弯曲强度、弯曲模量：GB/T 1449-2005；
[0085] (4)冲击强度：GB/T 1451-2005；
[0086] (5)吸水率：GB/T 1462-2005；
[0087] (6)
密度：GB/T 1463-2005；
[0088] (7)耐酸性：密度为(1.320±0.005)g/cm3(30℃)硫
酸溶液中(55±3)℃的温度下保持144h；
[0089] (8)耐酸性条件下弯曲强度：GB/T 3857-2005。
[0090] 测试结果具体见表1。
[0091] 表1 实施例和对比例制备的蓄电池盖性能测试结果
[0092]
[0093] 从表1可以看出，本发明实施例1-3制备的蓄电池盖各项性能优异，尤其力学性能明显高于普通蓄电池盖，使得蓄电池盖能够满足特殊动力型蓄电池的极群悬挂关键技术。对比例1与实施例1相比，蓄电池盖整体存在材料机械强度降低现象。对比例2、3与实施例1相比，其制备方法中未采用专用裁切工装和合理设计坯料铺设方式相结合，因为蓄电池盖压制过程中片状坯料局部纤维材料存在移位，材料水平方向的纤维材料增强作用损失，制备的蓄电池盖局部存在材料机械强度降低现象。
