一種復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體設(shè)及一種復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體及其制備方法和 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，重量輕、壁薄且剛性高的構(gòu)件被廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、通訊行業(yè)、家電行業(yè) W及汽車部件、建筑物部件及面板部件中。作為可確保力學(xué)特性且提高輕質(zhì)性的構(gòu)件，已知 有在輕質(zhì)的忍材的表皮上配置被連續(xù)的強(qiáng)化纖維組強(qiáng)化的纖維強(qiáng)化樹脂（FRP)形成的夾層 結(jié)構(gòu)體，為了謀求結(jié)構(gòu)體的輕質(zhì)化，選擇了更加輕質(zhì)的忍材，輕木忍、蜂窩忍或聚氨醋泡沫 忍等作為忍材被頻繁地使用。但是，現(xiàn)有已知的輕木忍、蜂窩忍或聚氨醋泡沫忍等，難于制 備成厚度較薄的忍材，即使能夠得到薄忍材，也存在預(yù)成型時被破壞、或不能耐受成型時的 變形等問題，在薄壁化方面存在一定的限制。
[0003] 同時為了實現(xiàn)重量輕、壁薄且剛性高而形成的成型體，專利號為200580029564. 7 公開了一種夾層結(jié)構(gòu)體，該夾層結(jié)構(gòu)體(ΠΙ)由忍材（I )和配置在該忍材（I )兩面的、由連 續(xù)強(qiáng)化纖維（A)和基體樹脂（B)構(gòu)成的纖維強(qiáng)化材料（II)構(gòu)成，其中所述忍材（I )具有空 隙結(jié)構(gòu)，所述空隙是通過發(fā)泡體的氣泡形成，或忍材由不連續(xù)強(qiáng)化纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成， 所述空隙由在該強(qiáng)化纖維的長絲之間相互交叉處形成的空隙形成。但該夾層結(jié)構(gòu)體是采用 普通的樹脂成型成夾層結(jié)構(gòu)體的碳纖維復(fù)合材料板材，是目前市場上的普通制造方案，存 在強(qiáng)度低，剛性不夠，成型周期長，生產(chǎn)自動化程度低，成本高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有存在的不足，提供一種成本低、重量輕、強(qiáng)度高、 剛性好的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供上述復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的再一目的是提供上述復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體，包括忍材（I )、配置在該忍材（I )的上下表面的樹脂基纖 維增強(qiáng)體（II )，W及配制在忍材（I )和樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)中間的過渡膠膜粘結(jié)層(III)， 所述樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)由樹脂基體和纖維增強(qiáng)體構(gòu)成，所述忍材（I )由環(huán)氧樹脂、輕 量化填料和纖維構(gòu)成，所述忍材（I )的比重為0. 3g/cm3~1. 2g/cm3,厚度為0. 1mm~5. 0mm。
[0008] 所述忍材（I )的彈性模量根據(jù)ASTM D 638測試為10 MPa~30000MPa，剪切模 量根據(jù)ASTM D 638測試為10 MPa~150MPa;比重優(yōu)選為0. 5g/cm3~l.Og/cm3,厚度優(yōu)選為 0. 6mm~1. OmniD
[0009] 所述忍材（I )由環(huán)氧樹脂作為基體，在環(huán)氧樹脂基體中添加輕量化填料和纖維， 通過鋼板或模具加熱到l〇〇°C~160°C，壓力維持30kg~100kg，成型時間30min~60min混合 而成。
[0010] 所述忍材（I )中的環(huán)氧樹脂是通過雙酪A、雙酪F或酪醒改性而成的改性環(huán)氧樹 月旨。其制備方法可采用常規(guī)的改性方法，如在雙酪A或雙酪F添加 N/P系的阻燃劑、侶娃類 的填料、促進(jìn)劑和胺系的固化劑后，混合改性而成。
[0011] 上述環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度Tg點在100°C~180°C之間，優(yōu)選120°C~150°C。
[0012] 上述環(huán)氧樹脂中的面素的重量含量為0~1500ppm，優(yōu)選0~eOOppm。
[0013] 上述環(huán)氧樹脂可W選取阻燃和不阻燃的環(huán)氧樹脂作為基體，選取阻燃的環(huán)氧樹脂 作為基體時，阻燃等級達(dá)到化940-V0級W上。
[0014] 所述忍材（I )中的輕量化填料占所述忍材的總重量的10wt%~50wt%。該產(chǎn)品具有 質(zhì)輕、低導(dǎo)熱、較高的強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，其表面經(jīng)過特殊處理具有親油憎水 性能，非常容易分散于有機(jī)材料體系中。所述輕量化填料包括空屯、玻璃微珠60wt9i^100 wt% 和其他填料0~40wt%，所述其他填料為滑石粉、侶粉、碳化娃粉或氮化娃中的一種或幾種的 混合。
[0015] 所述空屯、玻璃微珠中具有密閉的真空氣泡，是由棚娃酸鹽、碳酸巧或侶娃酸鹽中 的一種或幾種原料經(jīng)高科技加工而成，粒度為10微米~250微米，壁厚1微米~2微米，在忍 材（I )中添加空屯、玻璃微珠能降低體系的密度。
[0016] 所述忍材（I )中纖維為連續(xù)或不連續(xù)纖維，不連續(xù)纖維的尺寸在0. 1mm~100mm之 間，連續(xù)纖維為編織布形式表現(xiàn)。纖維通過與特定的環(huán)氧樹脂和輕量化填料分混合浸潤后， 纖維之間均勻交叉排布，纖維的含量為10wt°/c^70wt%，選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、 石墨纖維、芳絕纖維、臘絕纖維或木質(zhì)纖維中的一種或幾種?？蒞根據(jù)性能要求選擇不同纖 維及含量。
[0017] 所述樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)中的樹脂基體為熱固性樹脂，具體可W優(yōu)選為環(huán)氧樹 月旨、酪醒樹脂、環(huán)氧酪醒樹脂、不飽和聚醋樹脂或聚氨醋樹脂中的一種或幾種；纖維增強(qiáng)體 優(yōu)選為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳絕纖維中的一種或幾種，運些纖維可W是連續(xù)纖 維或者不連續(xù)纖維。
[0018] 所述過渡膠膜粘結(jié)層(III)由樹脂膠膜或樹脂基纖維增強(qiáng)材料組成，厚度為 0. 02mm~2. 0mm，密度為 0. 9g/cm3~1. 3g/cm3。
[0019] 所述樹脂膠膜是由環(huán)氧樹脂、酪醒樹脂、環(huán)氧酪醒樹脂、不飽和聚醋樹脂或聚氨 醋樹脂中的一種或幾種構(gòu)成；所述樹脂基纖維增強(qiáng)材料中的樹脂基體為環(huán)氧樹脂、酪醒樹 月旨、環(huán)氧酪醒樹脂、不飽和聚醋樹脂或聚氨醋樹脂中的一種或幾種，其中樹脂基體的含量 為35wt9i^70wt% ;纖維增強(qiáng)材料可W為連續(xù)的碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳絕纖維 中的一種或幾種，具有連續(xù)平鋪或編織布纖維外觀結(jié)構(gòu)，其中，玻璃纖維編織布的規(guī)格為 25gsm~300gsm。纖維增強(qiáng)材料還可W為不連續(xù)的尺寸大于2mm的長纖維或尺寸小于2mm的 短纖維構(gòu)成的碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳絕纖維中的一種或幾種，所述樹脂基體與 不連續(xù)纖維經(jīng)過互相浸潤后交叉形成空隙結(jié)構(gòu)。
[0020] 由樹脂基纖維增強(qiáng)材料組成的過渡膠膜粘結(jié)層(III)的制備方法是通過將熱固性 樹脂涂覆在離型紙/膜上面，然后將纖維增強(qiáng)材料均勻鋪在樹脂膜上，通過加熱到7(TC左 右，用加熱的雙滾軸鋼滾娠壓后制成。
[002。 所述過渡膠膜粘結(jié)層(III)的作用主要是配合樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)和忍材（I ) 作為粘接劑，增加二者之間的粘結(jié)力。
[0022] 本發(fā)明所述的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體的制備方法，包括如下步驟： 將忍材（I )、配置在該忍材（I )的上下表面的樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)，W及配制在 忍材（I )和樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)中間的過渡膠膜粘結(jié)層(III)在具有光滑面平板模具 內(nèi)，經(jīng)過復(fù)合加熱固化形成，加熱的壓力控制在10kg~180kg之間，溫度控制在80°C~200°C 之間，時間保持Imin~30min。
[0023] 本發(fā)明所述的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體在3C行業(yè)、家電行業(yè)、汽車行業(yè)、航空、軌道交 通行業(yè)W及相關(guān)的機(jī)箱表面結(jié)構(gòu)板材中的應(yīng)用。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果： 1) 本發(fā)明通過對忍材組成的優(yōu)化，制備得到的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體在具有重量輕、 強(qiáng)度高、剛性好等優(yōu)點的同時，能夠顯著降低產(chǎn)品的成本，提高市場競爭力； 2) 在特定要求下，能做到低面素(小于60化pm)的性能要求； 3) 本發(fā)明的制備工藝簡單，可應(yīng)用于3C行業(yè)、家電行業(yè)、汽車行業(yè)、航空、軌道交通 行業(yè)W及相關(guān)的機(jī)箱等表面結(jié)構(gòu)板材。
【附圖說明】
[00巧]圖1為本發(fā)明復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明，W下實施例為本發(fā)明較佳的實施方 式，但本發(fā)明的實施方式并不受下述實施例的限制。
[0027] 本發(fā)明實施例和對比例中所采用的材料如下： 環(huán)氧樹脂：通過在雙酪A或雙酪F樹脂中，添加 N/P系的阻燃劑、侶娃阻燃類的填 料、促進(jìn)劑和胺系的固化劑后，混合改性而成。該環(huán)氧樹脂經(jīng)過測試，彈性模量根據(jù)GB/T 9341-2008測試在1~3Gpa，拉伸強(qiáng)度根據(jù)GB/T 1040-2006測試在100~300MPa。
[002引如圖1所示，一種復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體，包括忍材（I )、配置在該忍材（I )的上下 表面的樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)，W及配制在忍材（I )和樹脂基纖維增強(qiáng)體（II)中間的過渡 膠膜粘結(jié)層(III)。
[002引 實施例1: W環(huán)氧樹脂為基體、在環(huán)氧樹脂基體中添加 lOwt%輕量化填料（由60wt%空屯、玻璃微 珠和40wt%由滑石粉、侶粉、碳化娃粉、氮化娃組成的混合物構(gòu)成）和40wt%碳纖維(尺寸 3-5mm)，在模具中加熱到120°C，壓力維持50kg，成型時間30min混合而成忍材，忍材的比重 為l.lg /cm3,厚度為1. 0mm，彈性模量根據(jù)ASTM D 638測試為23000 MPa,剪切模量根據(jù) ASTM D 638 測試為 80MPa ; 在具有光滑面模具內(nèi)，將上述忍材上、下兩面帖覆由40wt%熱固性環(huán)氧樹脂和玻璃纖 維編織布(規(guī)格50gsm)構(gòu)成的過渡膠膜粘結(jié)層(厚度為0. 05mm)，然后再在過渡膠膜粘結(jié)層 上貼覆由環(huán)氧樹脂和碳纖維構(gòu)成的樹脂基纖維增強(qiáng)體，最后復(fù)合加熱固化，加熱的壓力控 制在100kg，溫度控制在150。時間保持lOmin，即得復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)體。巧m其各項性 能指標(biāo)，結(jié)果見表1。
[0030] 實施例2: W環(huán)氧樹脂為基體、通過在環(huán)氧樹脂基體中添加30wt%輕量化填料（由70wt%空屯、玻 璃微珠和30wt%由滑石粉、侶粉、碳化娃粉、氮化娃組成的混合物構(gòu)成）和20wt%碳纖維(尺 寸50mm)，在模具中加熱到130°C，壓力維持80kg，成型時間40min混合而成忍材，忍材的比 重為0.8g/cm3,厚度為1. 0臟，彈性模量根據(jù)