一种混杂纤维增强树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种混杂纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，由以下重量份数的原料制成：混杂纤维50~75、树脂10~40、阻燃剂0~15、抗静电剂0~5，所述混杂纤维由连续碳纤维和连续玻璃纤维组成，连续碳纤维和连续玻璃纤维的体积比为4:1，制备方法为：将连续碳纤维和连续玻璃纤维匀速牵出引过拉挤成型机的导丝板；然后送入树脂浸胶槽内浸胶，将浸胶后的连续碳纤维和连续玻璃纤维引入成型模具中进行固化成型，固化后的复合材料通过牵引装置进行牵引制得混杂纤维增强树脂基复合材料，由于混杂纤维在树脂基体中呈现不同的分布状态，使得复合材料的断裂伸长率、弯曲强度及剪切强度均得到提高，且工艺简单易行，生产成本降低。

【技术实现步骤摘要】
一种混杂纤维增强树脂基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种混杂纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。
技术介绍
碳纤维复合材料是20世纪60年代中期问世的一种新型结构材料，近年来，与之相关的研究与应用日益受到世界各国的普遍重视。美国、日本及欧洲各国等工业发达国家均将其列入国家优先重点发展计划。与传统材料相比，碳纤维树脂基复合材料有着优异的力学性能，如高比强度，高比模量以及耐腐蚀性等。其比强度可达1500MPa(g/cm3)，是普通钢材的十倍以上。正是由于碳纤维复合材料具有其他材料无可比拟的优越性能，因此它被广泛应用于各个工业领域，尤其是诸如航空航天、汽车制造等高科技领域。其在矿山和边坡支护等领域也具有潜在的、广泛的应用前景。为了解决矿山和边坡支护用金属材料的腐蚀性、安全性等问题，具有较好耐腐蚀性、轻质的玻璃钢等非金属复合材料近年来日益得到应用。相对于玻璃钢复合材料等非金属复合材料，碳纤维复合材料更具阻燃性、抗静电性、耐腐蚀性、高强度、轻质化、长寿命、高安全稳定性等独特优势，其在矿山和边坡支护领域锚杆、锚索、管材及安全防护器具等方面具有良好的规模应用前景。但目前矿用碳纤维复合材料规模应用还存在成本高、材料断裂伸长率低等缺点。如何降低矿山和边坡支护用碳纤维复合材料的成本高和断裂伸长率低是解决其规模化应用的关键。碳纤维（CF）的抗拉强度和弹性模量较高，但其延伸率较低，抗冲击性能和断裂韧性较差；玻璃纤维（GF）的抗拉强度和弹性模量虽然相对较低，但其延伸率较高，价格低廉。在生产矿山和边坡支护用复合材料时，若用廉价的连续玻璃纤维替代部分的连续碳纤维制备混杂纤维增强树脂基复合材料，则可在保持复合材料力学性能及提高碳纤维复合材料断裂伸长率的基础上，并在一定程度上降低矿山和边坡支护用纤维增强树脂基复合材料的生产成本，使得企业“用得上，用得起”碳纤维复合材料。
技术实现思路
针对目前现有矿业和边坡支护用碳纤维复合材料的生产成本高和断裂伸长率低的不足之处，本专利技术提供一种混杂纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，相对于纯连续碳纤维增强树脂基复合材料，该混杂纤维在树脂基体中呈现不同排布状态的复合材料的断裂伸长率、弯曲强度及剪切强度均得到提高，工艺简单、易行，生产成本降低。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种混杂纤维增强树脂基复合材料，它是由以下重量份数的原料制成：混杂纤维50~75份、树脂10~40份、阻燃剂0~15份、抗静电剂0~5份，所述混杂纤维由连续碳纤维和连续玻璃纤维组成，其中连续碳纤维和连续玻璃纤维的体积比为4:1。所述的树脂为环氧树脂或乙烯基树脂。所述的环氧树脂可为缩水甘油醚类环氧树脂（如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂等）、缩水甘油酯类环氧树脂（如邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂）、缩水甘油胺类环氧树脂（如四缩水甘油基二氨基二亚甲基苯环氧树脂、四缩水甘油基二甲苯二胺环氧树脂等）或脂环族环氧树脂（如乙烯基环己烯二环氧化物环氧树脂，3,4-环氧基环己基甲酸-3’,4’-环氧基环己基甲酯环氧树脂等）。环氧树脂固化剂可为多元胺型固化剂（如四亚乙基五胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、二氨基二苯基甲烷、N,N’-二甲基哌嗪等）或酸酐型固化剂（邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐等），其中环氧树脂与环氧树脂固化剂的质量比为100:10~30。所述乙烯基树脂为标准双酚A型乙烯基树脂、化学阻燃型乙烯基树脂、酚醛环氧型乙烯基树脂或聚氨酯改性型乙烯基树脂，其中标准双酚A型乙烯基树脂的结构式如下：；；酚醛环氧型乙烯基树脂的结构式如下：；聚氨酯改性型乙烯基树脂的结构式如下：。乙烯基树脂固化剂可为过氧化二碳酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化甲乙酮等，其中乙烯基树脂与乙烯基树脂固化剂的质量比为100:10~30。所述的阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、磷酸三(1,3-二氯-2-异丙基)酯、亚磷酸三苯酯或磷酸三(2-氯乙基)酯。所述的抗静电剂为硬脂酰三甲基氯化铵、硬脂酰二甲基戊基氯化铵、(月桂酰胺丙基三甲基铵)硫酸甲酯盐、N,N-双(2-羟乙基)-N-(3’-十二烷氧基-2’-羟基丙基)甲铵硫酸甲酯盐、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐、N,N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐或硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐。所述的混杂纤维增强树脂基复合材料的制备方法，步骤如下：（1）将阻燃剂和抗静电剂均匀分散到树脂中得到树脂体系，然后将树脂体系注入拉挤成型机的浸胶槽中；（2）将连续碳纤维和连续玻璃纤维从纤维纱架上匀速牵出，然后将牵出的连续碳纤维和连续玻璃纤维引过拉挤成型机的导丝板，得到的混杂纤维在树脂基体中的截面具有层内混杂、层间混杂和夹心混杂三种结构；（3）将经过步骤（2）处理的连续碳纤维和连续玻璃纤维送入步骤（1）的浸胶槽内浸胶，然后将浸胶后的连续碳纤维和连续玻璃纤维引入成型模具中进行固化成型；（4）固化后的混杂纤维通过牵引装置进行牵引，得到混杂纤维增强树脂基复合材料。所述步骤（2）中的导丝板上分布有72个圆孔，72个圆孔分为10层，以导丝板的中心线为对称轴分为上部孔和下部孔，上部孔从下往上每层居中分布有10个孔、9个孔、8个孔、6个孔和3个孔；下部孔从上往下每层居中分布有10个孔、9个孔、8个孔、6个孔和3个孔；每个圆孔通过一束纤维纱。所述步骤（2）中的层内混杂是指在同一铺层内具有两种纤维的混杂复合材料；层间混杂是指在不同铺层采用不同纤维的混杂复合材料；夹心混杂是指在材料的芯层和皮层采用不同纤维的混杂复合材料。所述步骤（3）中固化成型时的固化模具采用分段加热方式，共分为四段，第一段加热温度为130~145℃，第二段加热温度为145~170℃，第三段加热温度为175~190℃，第四段加热温度为130~145℃。所述步骤（4）中的牵引速度为0.1~3m/min。本专利技术的一种混杂纤维增强树脂基复合材料，由于混杂纤维在树脂基体中呈现不同的分布状态，相对于纯连续碳纤维增强树脂基复合材料，该混杂纤维在树脂基体中呈现不同排布状态的复合材料的断裂伸长率、弯曲强度及剪切强度均得到提高，生产成本降低，且工艺简单、易行。附图说明图1为本专利技术实施例1混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图2为本专利技术实施例2混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图3为本专利技术实施例3混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图4为本专利技术实施例4混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图5为本专利技术实施例5混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图6为本专利技术实施例6混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图7为本专利技术实施例7混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图8为本专利技术实施例8混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图9为本专利技术实施例9混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图10为本专利技术实施例10混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图11为本专利技术对比例1混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图12为本专利技术对比例2混杂纤维增强树脂基复合材料的截面结构。图13为本专利技术的拉挤成型机导丝板上导丝孔结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混杂纤维增强树脂基复合材料，其特征在于它是由以下重量份数的原料制成：混杂纤维 50~75份、树脂 10~40份、阻燃剂 0~15份、抗静电剂 0~5份，所述混杂纤维由连续碳纤维和连续玻璃纤维组成，其中连续碳纤维和连续玻璃纤维的体积比为4:1。

【技术特征摘要】
1.一种混杂纤维增强树脂基复合材料，其特征在于它是由以下重量份数的原料制成：混杂纤维50~75份、树脂10~40份、阻燃剂0~15份、抗静电剂0~5份，所述混杂纤维由连续碳纤维和连续玻璃纤维组成，其中连续碳纤维和连续玻璃纤维的体积比为4:1。2.根据权利要求1所述的混杂纤维增强树脂基复合材料，其特征在于：所述的树脂为环氧树脂或乙烯基树脂。3.根据权利要求2所述的混杂纤维增强树脂基复合材料，其特征在于：所述的环氧树脂可为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂或脂环族环氧树脂；所述乙烯基树脂为标准双酚A型乙烯基树脂、化学阻燃型乙烯基树脂、酚醛环氧型乙烯基树脂或聚氨酯改性型乙烯基树脂。4.根据权利要求1所述的混杂纤维增强树脂基复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、磷酸三(1,3-二氯-2-异丙基)酯、亚磷酸三苯酯或磷酸三(2-氯乙基)酯。5.根据权利要求1所述的混杂纤维增强树脂基复合材料，其特征在于：所述的抗静电剂为硬脂酰三甲基氯化铵、硬脂酰二甲基戊基氯化铵、(月桂酰胺丙基三甲基铵)硫酸甲酯盐、N,N-双(2-羟乙基)-N-(3’-十二烷氧基-2’-羟基丙基)甲铵硫酸甲酯盐、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐、N,N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐或硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐。6.根据权利要求1~5任一所述的混杂纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）将阻燃剂和抗静电剂均匀分散到树脂中得到树脂体系，然后将树脂体系注入拉挤成型机的浸胶槽中；（2）将连续碳纤维和连续玻璃纤维从纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫玉欣，蒋元力，郭凯，张兴龙，曹国喜，付瑶，苗国敏，张建平，陈冰，
申请(专利权)人：商丘国龙新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41