一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种新型夹心结构复合材料的制备工艺，芯层结构采用硅橡胶弹性体，采用三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂作为芯层的面板和骨架，通过真空抽注技术使得弹性体部分与整体纤维织物复合板成为一体。在环氧树脂中加入纳米氧化铝颗粒可以有效提高其耐热性能，在环氧树脂中加入多壁碳纳米管，可以使复合板具有导电性。为了提高芯材的强度和刚度，采用三辊研磨分散技术可以在硅橡胶弹性体中加入短纤维、纳米颗粒等增强相。相比采用泡沫铝等作为夹心结构本发明专利技术所制备的夹心结构其具有更强的抵抗面板和芯材分层能力，通过对整体结构的采用不同方式的改性增强，使得所制备的夹心结构具有一定的功能性，具有非常广泛的应用前景。

Preparation of a three-dimensional glass fiber reinforced epoxy sandwich composite

The invention provides a preparation process of a new type of composite sandwich structure, core layer structure with silicone rubber elastomer, the three-dimensional woven glass fabric reinforced epoxy resin as the core layer of the panel and the frame, through the vacuum pump injection technology makes the elastic part and the whole fiber fabric composite plate as a whole. Adding nano alumina particles into epoxy resin can effectively improve its heat resistance, and adding multi walled carbon nanotubes in epoxy resin can make the composite board conductive. In order to improve the strength and stiffness of the core material, the reinforced phases, such as short fibers and nanoparticles, can be added to the elastomer of silicon rubber by three roll grinding dispersion technology. Compared with aluminum foam sandwich structure such as sandwich structure prepared by the invention has stronger resistance to the panel and core material stratification ability, based on the overall structure of the different way of modification, the sandwich structure prepared with certain functionality, has wide application foreground.

【技术实现步骤摘要】
一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺
本专利技术涉及玻璃纤维织物夹心复合材料板的制备工艺领域，具体涉及一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺。
技术介绍
材料一直是人类社会的支柱产业，对社会生产与生活影响很大。在材料发展历程中，可以得到的结论是：每当出现一种重要新材料，并且加以运用时，都会对社会产生重大影响，对生产力与生活带来巨大的变化。当前随着各种新兴技术产业的迅猛发展，对材料性能的要求更为严苛。在很多方面，单一的传统材料已经无法满足工程应用，这使得材料向着可设计性的方向发展。面对这种情况，复合材料应运而生。复合材料目前已成为影响各行各业发展的关键材料，尤其在航空航天领域，其发展已在国际竞争中愈演愈烈，在世界各国中都引起高度重视。《材料大词典》对复合材料的定义如下：由有机高分子材料、无机非金属材料或金属等几类不同材料通过复合而成的新型材料，既能够保留组分原有的部分性能，又能够获得新的性能。当前，复合材料已与金属、高分子及陶瓷并列为四大主要材料。在复合材料的发展过程中，最早在生产实际中应用到的是以树脂为基体、玻璃纤维为增强体制作而成的复合材料。上世纪40年代初，美国基于手糊工艺，以树脂和玻璃纤维为原料，从而生产出了飞机的雷达罩及油箱等军用复合材料产品，为复合材料在军工中的应用指明了方向。至六十年代后，生产工作者逐渐认识到玻璃钢的质量较大、模量较低，满足不了航空航天、电子电工等高新产品对材料高性能的要求。在60—70年代，陆续开发了碳纤维及其复合材料，继碳纤维之后又开发出芳纶及其他高性能纤维的复合材料。进入21世纪后，复合材料向着智能化这一领域发展着。比如：机敏复合材料能感知外界变化，并通过调节其性能参数及时作出响应，以此来应对变化后的环境；智能复合材料是在其自诊断、自适应等基础上，加入了自决策、自修补等功能，从而更加智能。复合材料主要包含基体和增强体这两大组分。增强体主要用来增强材料性能，是模量大、强度高的材料，如纤维、颗粒和晶须等。基体材料主要包容并固定分散的增强材料，是模量和强度较低的材料，如不饱和基聚酯树脂等。20世纪90年代后，为满足材料高性能化、多功能化、小型化、轻量化、智能化及低成本化的发展需要，各种新设备已被开发，从而大大促进了复合材料的发展。进入21世纪以来，世界上高性能纤维的发展，已步入良性循环的状态，并形成科研、生产和市场一体化的格局，同时推动了以高性能纤维为基础的复合材料的发展。这些先进原材料的研发及工艺上的改进，都为复合材料的发展提供了根本保障。复合材料主要有以下几种分类方法：1、按增强体的形态不同分类：(1)连续纤维复合材料；(2)短纤维复合材料；(3)颗粒增强复合材料；(4)薄片增强复合材料。2、按增强体种类不同分类：(1)玻璃纤维复合材料(2)碳纤维复合材料；(3)有机纤维复合材料；(4)金属纤维复合材料；(5)陶瓷纤维复合材料。3、按基体材料不同分类：(1)聚合物基复合材料；(2)金属基复合材料；(3)无机非金属复合材料。4、按材料使用功能不同分类：(1)结构复合材料；(2)功能复合材料。以上几种分类能满足大多数复合材料，也有一些特殊的分类，如同质与异质复合材料，顾名思义，就是基体与增强体相同或者相异的复合材料。夹心复合材料在实际工程领域得到了广泛的应用，以泡沫铝为例，由于其轻质，受载后会产生较大的变形，吸能效果明显在汽车、高铁、飞机、轮船等方面得到了广泛的应用。泡沫铝、聚氨酯泡沫是夹心结构复合材料中应用最为广泛的芯材结构，由于在实际使用过程中，芯材和面板需要进行二次粘结，在实际使用过程中，由于实际使用环境温度的不同，温度应力、湿热老化等环境因素的影响，易造成面板和芯材的脱胶，造成在使用过程中整体性能的下降。因此，改善面板和芯材结构的界面性能，提高其实际使用过程中材料的承载能力一直都是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术专利提出了一种新型的夹心结构复合材料的制备工艺，三维立体玻璃纤维织物本身包含面板，支撑骨架与面板是通过编织连接在一起，解决了粘结夹心层合板易分层的缺点，利用手糊工艺将环氧树脂浸入玻璃纤维中，提高了支撑结构纤维束之间的剪切强度及压缩强度。在支撑结构的空隙中填充有机硅橡胶，将其制成一种新的夹心复合材料，可以更加有效地提高其抗冲击能力以及压缩承载能力。本专利技术提出了一种三维立体玻璃纤维织物夹心复合材料板制备工艺，其制备过程有下列步骤：一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺，具体包括以下步骤：(1)根据实际需求裁剪所需尺寸的三维立体玻璃纤维织物；(2)制备三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂：利用滚刷将树脂固化剂混合物均匀涂刷在纤维上，通过玻璃板挤压待树脂完全浸透后进行固化；(3)制备硅橡胶弹性体：利用三辊研磨技术对颗粒、短纤维在硅橡胶液体中进行分散；(4)采用真空辅助抽注的方式将硅橡胶弹性体抽入到复合板的中空部分，作为复合板的芯材。所述的步骤(1)具体包括：剪裁好的织物浸入到浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中30min，利用蒸馏水冲洗干净织物表面残留的氢氧化钠溶液，待清洗液的pH值呈中性，将清洗完毕的织物放置在热循环鼓风干燥箱中，待织物完全干燥后取出待用。所述的步骤(2)具体包括：在环氧树脂中加入纳米氧化铝颗粒，通过机械搅拌、磁力搅拌混合和超声波分散的方式对颗粒在环氧树脂中进行分散；在环氧树脂中加入多壁碳纳米管，通过三辊研磨、超声波分散技术对多壁碳纳米管进行分散。所述的步骤(2)具体包括：芯材选用硅胶弹性体，玻璃纤维织物采用三维立体玻璃纤维织物，织物的基体选用环氧E51。其特征在于：在环氧树脂中加入纳米氧化铝颗粒，通过机械搅拌、磁力搅拌混合和超声波分散的方式对颗粒在环氧树脂中进行分散；纳米颗粒在水浴75℃的条件下分散，采用机械搅拌与磁力搅拌混合搅拌的方式进行对颗粒的第一次分散，机械搅拌的转速为2000r/min，磁力搅拌转子的转速为1000r/min，分散时间为3小时，再利用超声波分散3小时；在环氧树脂中加入多壁碳纳米管，通过三辊研磨、超声波分散技术对多壁碳纳米管进行分散。所述的步骤(3)具体包括：先用三辊研磨机对多壁碳纳米管在环氧树脂中进行分散，三辊研磨机a1轴与a2轴的间距设置为1μm，a2轴与a3轴的间距设为2μm，分散时间为2-3小时，超声波分散在在60℃水浴环境中进行，分散时间为6小时。所述的步骤(4)具体包括：采用AB型弹性体硅胶，在硅胶中加入颗粒和短纤维增强相采用三辊研磨技术进行分散，对于短切纤维增强相，三辊研磨机a1轴与a2轴的间距设置为10μm，a2轴与a3轴的间距设为12μm，对于颗粒增强体，三辊研磨机a1轴与a2轴的间距设置为1μm，a2轴与a3轴的间距设为2μm，增强相在A胶中进行分散。所述的步骤(4)具体包括：采用真空辅助抽注技术，密封胶的宽度要宽于复合板厚1cm，气密性良好的条件下进行抽注。本专利技术提出的三维立体玻璃纤维织物夹心复合材料板的优点在于：(1)采用三维立体玻璃纤维织物其支撑结构部分与填充芯材成为一体，克服了传统夹心结构芯材和面板的脱粘问题；(2)三维立体玻璃纤维织物先采用环氧树脂固化，可以有效提高织物的其刚度和强度，且工艺采用手糊工艺，简单易操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺，具体包括以下步骤：(1)根据实际需求裁剪所需尺寸的三维立体玻璃纤维织物；(2)制备三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂：利用滚刷将树脂固化剂混合物均匀涂刷在纤维上，通过玻璃板挤压待树脂完全浸透后进行固化；(3)制备硅橡胶弹性体：利用三辊研磨技术对颗粒、短纤维在硅橡胶液体中进行分散；(4)采用真空辅助抽注的方式将硅橡胶弹性体抽入到复合板的中空部分，作为复合板的芯材。

【技术特征摘要】
1.一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺，具体包括以下步骤：(1)根据实际需求裁剪所需尺寸的三维立体玻璃纤维织物；(2)制备三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂：利用滚刷将树脂固化剂混合物均匀涂刷在纤维上，通过玻璃板挤压待树脂完全浸透后进行固化；(3)制备硅橡胶弹性体：利用三辊研磨技术对颗粒、短纤维在硅橡胶液体中进行分散；(4)采用真空辅助抽注的方式将硅橡胶弹性体抽入到复合板的中空部分，作为复合板的芯材。2.根据权利要求1所述的一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括：剪裁好的织物浸入到浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中30min，利用蒸馏水冲洗干净织物表面残留的氢氧化钠溶液，待清洗液的pH值呈中性，将清洗完毕的织物放置在热循环鼓风干燥箱中，待织物完全干燥后取出待用。3.根据权利要求1所述的一种三维立体玻璃纤维织物增强环氧树脂夹心复合材料制备工艺，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括：在环氧树脂中加入纳米氧化铝颗粒，通过机械搅拌、磁力搅拌混合和超声波分散的方式对颗粒在环氧树脂中进行分散；纳米颗粒在水浴75℃的条件下分散，采用机械搅拌与磁力搅拌混合搅拌的方式进行对颗粒的第一次分散，机械搅拌的转速为2000r/min，磁力搅拌转子的转速为1000r/min，分散时间为3小时，再利用超声波分散3小时；在环氧树脂中加入多壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁文彦，段志伟，禾海伶，王方鑫，刘迁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23