一种混杂复合材料层合板及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种混杂复合材料层合板及其制备工艺，包括：(1)制备氧化石墨烯有机溶液；(2)在氧化石墨烯有机溶液中加入环氧树脂得氧化石墨烯环氧树脂溶液；(3)将氧化石墨烯环氧树脂溶液球磨后加入固化剂并搅拌干燥得氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料；(4)将碳纳米管加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中得涂覆液，将涂覆液浸涂在碳纤维布、碳纤维和芳纶纤维混纺布、芳纶纤维布、碳纤维和玻璃纤维混纺布、玻璃纤维布表面并干燥，得碳纳米管改性的纤维布；(5)将氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料涂在碳纳米管改性的纤维布表面，用压辊碾压，用层合板成型工艺，按预设次序铺贴五中纤维布至所需层数并加压干燥，制成混杂复合材料层合板。

A hybrid composite laminate and its preparation process

【技术实现步骤摘要】
一种混杂复合材料层合板及其制备工艺
本专利技术涉及聚合物基复合材料的
，具体涉及一种混杂复合材料层合板及其制备工艺。
技术介绍
玻璃纤维具有高的比强度和比刚度、断后伸长率大、便于成型和价格低廉等特点；碳纤维具有高的比模量和比强度，但是，其断后伸长率较低；芳纶纤维除了具有高的比模量和比强度，断后伸长率较好，耐高温，耐冲击性能。为了达到复合材料性能的不同工程要求，混杂纤维增强复合材料可以弥补单一纤维复合材料性能的不足，扩展复合材料的工程应用范围。玻璃纤维表面光滑、活性官能团少，与环氧树脂基体的浸润性差，影响层合板成型后的强度。有些学者通过使用酸对玻璃纤维进行表面处理，提高玻璃纤维与环氧树脂间的界面结合强度；有些学者通过化学处理玻璃纤维以增大玻璃纤维表面粗糙度，进而改善玻璃纤维与树脂的界面粘接效果。可见，改善玻璃纤维的表面性能可以提高其与树脂间的界面结合强度。研究人员通过添加纳米材料来改善环氧树脂的力学性能和对玻璃纤维的浸润性，石墨烯和碳纳米管作为新型碳纳米材料，以其各种优异性能已成为复合材料研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种强度高、抗冲击性能好的复合材料层合板。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种混杂复合材料层合板的制备工艺，包括如下步骤：(1)在有机溶剂中加入氧化石墨烯，超声处理，得到氧化石墨烯有机溶液；(2)在氧化石墨烯有机溶液中加入环氧树脂得到混合液，加热混合液同时搅拌直至混合液中的有机溶剂全部蒸发，得到氧化石墨烯环氧树脂溶液；(3)将氧化石墨烯环氧树脂溶液放入球磨桶进行球磨处理，将球磨后的氧化石墨烯环氧树脂溶液在真空烘箱中干燥排气，在排气后的氧化石墨烯环氧树脂溶液中缓慢加入固化剂同时搅拌得到混合液，将混合液置于烘箱内干燥，得到氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料；(4)在聚乙烯吡咯烷酮中加水并搅拌至溶解，将碳纳米管加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中并超声处理得到涂覆液，将涂覆液分别充分浸涂在碳纤维布、碳纤维和芳纶纤维混纺布、芳纶纤维布、碳纤维和玻璃纤维混纺布、玻璃纤维布表面，然后将浸涂过涂覆液的五种纤维布置于烘箱内干燥，得到碳纳米管改性的纤维布；(5)将得到的氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料涂在碳纳米管改性的五种纤维布表面，用压辊反复碾压纤维布，使之充分浸渍氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料，用层合板成型工艺，按照预设次序铺贴五种纤维布至所需层数得到混杂纤维层合板，对层合板使用真空袋进行一次抽真空加压，然后继续在平板硫化机上加压，最后置于烘箱内干燥，得到混杂复合材料层合板。进一步，步骤(1)中所述有机溶剂为乙醇、二甲基酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮中的任一种。进一步，步骤(1)中所述氧化石墨烯采用多层氧化石墨烯，其纯度为95％，厚度为3.4-8nm，片层直径为5-50μm，层数为5-10层。进一步，步骤(2)中所述环氧树脂为酚醛环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、862环氧树脂中的任一种，氧化石墨烯与环氧树脂的质量百分比为0.1wt％～0.5wt％。进一步，步骤(3)中所述固化剂为常温固化的胺类固化剂，环氧树脂与固化剂体积比为10:1。进一步，步骤(4)中所述碳纳米管为多壁碳纳米管，其纯度>95％，内径3-5nm，外径8-15nm，长度50μm。进一步，步骤(4)中所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液为碳纳米管的分散剂其浓度为0.5mg/ml～2mg/ml，不仅对碳纳米管解团聚作用，而且还能增强碳纳米管与环氧树脂间界面的相互作用，碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮水溶液的质量百分比为0.05wt％～0.1wt％。进一步，步骤(4)中所述碳纤维布、碳纤维和芳纶纤维混纺布、芳纶纤维布、碳纤维和玻璃纤维混纺布均为斜纹织物，玻璃纤维布为单向布和斜纹织物。进一步，步骤(5)中所述层合板成型工艺为手糊成型-真空袋加压成型-热压成型。进一步，步骤(5)中所述混杂纤维层合板由九层纤维层组成，第一层为碳纤维层，由1-2张碳纤维斜纹织物组成；第二层为碳纤维和芳纶纤维混纺层，由2-3张碳纤维和芳纶纤维斜纹混纺织物组成；第三层为芳纶纤维层，由1-2张芳纶纤维斜纹织物组成；第四层为碳纤维和玻璃纤维混纺层，由1-2张碳纤维和玻璃纤维斜纹混纺织物组成；第五层为玻璃纤维层，由6-8张玻璃纤维布组成；后面第六到第九层与第四到第一层关于第五层对称。进一步，步骤(5)中铺贴纤维布时，使每层中相邻两张斜纹织物或斜纹混纺织物的斜纹方向均不同，其中玻璃纤维层由玻璃纤维单向织物和玻璃纤维斜纹织物铺设而成，玻璃纤维单向织物在中部位置，其上下为玻璃纤维斜纹织物，第五层占所述混杂纤维层合板重量的45％-60％。进一步，步骤(5)中所述真空袋抽真空加压至0.1～0.5MPa(将层合板置于真空袋中，对真空袋抽真空，使大气对层合板具有压力)，然后在平板硫化机机上加压至2～5MPa，并维持1～2小时。本专利技术的有益效果：本专利技术由碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维组成的层内-层间混杂复合材料，通过合理设计铺层结构，加入氧化石墨烯、碳纳米管提高树脂与纤维布之间的界面结合强度，实现了单一纤维增强复合材料不具备的优良力学性能，具有强度高、韧性好、抗冲击性能好、比重小、成本低、表面光洁以及耐热性能好等特点。附图说明图1为混杂复合材料层合板铺层次序以及界面示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步详细阐述：实施例1(1)在二甲基酰胺中加入0.5g纯度为95％，层数为5-10层，厚度为3.4-8nm，片层直径为5-50μm的氧化石墨烯，超声处理0.5小时，得到氧化石墨烯二甲基酰胺溶液；(2)在氧化石墨烯二甲基酰胺溶液中加入双酚A环氧树脂得到混合液，氧化石墨烯与双酚A环氧树脂的质量百分比为0.1wt％，加热混合液至80℃，同时使用恒温磁力搅拌器搅拌混合液1.5小时，直至混合液中的二甲基酰胺全部蒸发，得到氧化石墨烯双酚A环氧树脂溶液；(3)将氧化石墨烯双酚A环氧树脂溶液放入球磨桶，在200rpm转速下球磨2小时，然后将球磨后的氧化石墨烯双酚A环氧树脂溶液在真空烘箱中干燥0.5小时进行排气，在排气后的氧化石墨烯双酚A环氧树脂溶液中缓慢加入常温胺类固化剂，双酚A环氧树脂与固化剂按照体积比为10:1混合，并同时搅拌10分钟，将混合液置于烘箱内70℃干燥7小时，得到质量百分比为0.1wt％的氧化石墨烯/双酚A环氧树脂纳米复合材料；(4)在聚乙烯吡咯烷酮中加水并磁力搅拌至浓度为0.5mg/ml，将3g纯度>95％，内径为3-5nm，外径为8-15nm，长度为50μm的多壁碳纳米管加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，多壁碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮水溶液的质量百分比为0.08wt％，并超声处理1小时得到涂覆液，将涂覆液分别充分浸涂在碳纤维单向织物、碳纤维和芳纶纤维斜纹混纺织物、芳纶纤维斜纹织物、碳纤维和玻璃纤维斜纹混纺织物、玻璃纤维单向织物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混杂复合材料层合板的制备工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：/n(1)在有机溶剂中加入氧化石墨烯，超声处理，得到氧化石墨烯有机溶液；/n(2)在氧化石墨烯有机溶液中加入环氧树脂得到混合液，加热混合液同时搅拌直至混合液中的有机溶剂全部蒸发，得到氧化石墨烯环氧树脂溶液；/n(3)将氧化石墨烯环氧树脂溶液放入球磨桶进行球磨处理，将球磨后的氧化石墨烯环氧树脂溶液在真空烘箱中干燥排气，在排气后的氧化石墨烯环氧树脂溶液中缓慢加入固化剂同时搅拌得到混合液，将混合液置于烘箱内干燥，得到氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料；/n(4)在聚乙烯吡咯烷酮中加水并搅拌至溶解，将碳纳米管加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中并超声处理得到涂覆液，将涂覆液分别充分浸涂在碳纤维布、碳纤维和芳纶纤维混纺布、芳纶纤维布、碳纤维和玻璃纤维混纺布、玻璃纤维布表面，然后将浸涂过涂覆液的五种纤维布置于烘箱内干燥，得到碳纳米管改性的纤维布；/n(5)将得到的氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料涂在碳纳米管改性的五种纤维布表面，用压辊反复碾压纤维布，使之充分浸渍氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料，用层合板成型工艺，按照预设次序铺贴五种纤维布至所需层数得到混杂纤维层合板，对层合板使用真空袋进行一次抽真空加压，然后继续在平板硫化机上加压，最后置于烘箱内干燥，得到混杂复合材料层合板。/n...

【技术特征摘要】
1.一种混杂复合材料层合板的制备工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
(1)在有机溶剂中加入氧化石墨烯，超声处理，得到氧化石墨烯有机溶液；
(2)在氧化石墨烯有机溶液中加入环氧树脂得到混合液，加热混合液同时搅拌直至混合液中的有机溶剂全部蒸发，得到氧化石墨烯环氧树脂溶液；
(3)将氧化石墨烯环氧树脂溶液放入球磨桶进行球磨处理，将球磨后的氧化石墨烯环氧树脂溶液在真空烘箱中干燥排气，在排气后的氧化石墨烯环氧树脂溶液中缓慢加入固化剂同时搅拌得到混合液，将混合液置于烘箱内干燥，得到氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料；
(4)在聚乙烯吡咯烷酮中加水并搅拌至溶解，将碳纳米管加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液中并超声处理得到涂覆液，将涂覆液分别充分浸涂在碳纤维布、碳纤维和芳纶纤维混纺布、芳纶纤维布、碳纤维和玻璃纤维混纺布、玻璃纤维布表面，然后将浸涂过涂覆液的五种纤维布置于烘箱内干燥，得到碳纳米管改性的纤维布；
(5)将得到的氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料涂在碳纳米管改性的五种纤维布表面，用压辊反复碾压纤维布，使之充分浸渍氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料，用层合板成型工艺，按照预设次序铺贴五种纤维布至所需层数得到混杂纤维层合板，对层合板使用真空袋进行一次抽真空加压，然后继续在平板硫化机上加压，最后置于烘箱内干燥，得到混杂复合材料层合板。


2.根据权利要求1所述的一种混杂复合材料层合板的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂为乙醇、二甲基酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮中的任一种。


3.根据权利要求1所述的一种混杂复合材料层合板的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述氧化石墨烯采用多层氧化石墨烯，其纯度为95％，厚度为3.4-8nm，片层直径为5-50μm，层数为5-10层。


4.根据权利要求1所述的一种混杂复合材料层合板的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中所述环氧树脂为酚醛环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、862环氧树脂中的任一种，氧化石墨烯与环氧树脂的质量百分比为0.1wt％～0.5wt％。


5.根据权利要求1所述的一种混杂复合材料层合...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文钦，胡可军，杨亮，石庆贺，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32