一种具有复合增强体结构的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有复合增强体结构的复合材料及其制备方法，涉及复合材料制备技术领域。复合材料以凯夫拉纤维为复合增强体原料，环氧树脂为基体；复合增强体以多层组织结构单元与平纹组织结构单元为配比单元。该复合材料通过树脂固化剂混合溶液浸渍复合增强体制备得到。本发明专利技术具有复合增强体结构的复合材料具有优异的力学性能，可满足工程领域对多层机织物增强复合材料较高的性能需求，同时，也为复合结构对所制备的复合材料的力学性能影响提供了理论与设计依据。响提供了理论与设计依据。响提供了理论与设计依据。

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合增强体结构的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，特别是涉及一种具有复合增强体结构的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]复合材料一般是由两种或两种以上的材料，通过化学或物理的方法，在宏观上组成的新性能的材料，其中组分根据其在实践中的不同应用可分为基体和增强体。它们在保持自身固有基本特性的基础上，通过界面之间的相互作用，来实现材料性能的叠加与互补和产生协同效应，使复合材料获得优异的新的综合性能，满足其在不同领域的性能要求。
[0003]随着纺织技术的飞速发展，以纤维为主要原料的针织物、机织物及非织造布被广泛用作为复合材料的增强体材料。纺织复合材料由于其低密度、高模量、高强度等优点，在安全防护和交通建设及航空航天等领域也得到了广泛的应用。
[0004]多层织物增强复合材料具有较高的整体性和仿形性，层压复合材料有着优异的抗拉伸性能，但是层压复合材料的层间强度较低，易出现分层现象。而多层织物复合材料不仅可以拥有层压复合材料高比刚度、高比强度、抗疲劳等优点的同时，还可以克服层压复合材料的层间强度低的缺点，并且可以提高复合材料层间性能和损伤容限，且这种织物可以在普通织机上织造或改造，生产效率高，适于批量生产。因此多层织物复合材料在各个领域得到了广泛的运用。多层织物组织结构多样化，多层织物增强体结构对复合材料力学性能具有重要影响，对纺织复合材料的发展具有重要意义。多层结构的织物复合材料是三维机织复合材料的一种特殊形式，其最大特点是粘合经纱沿厚度方向以一定角度交织成型，从而提高复合材料的层间性能。多层结构机织复合材料具有多种增强结构，通过匹配不同的纤维类型、机织密度和其他设计参数，可以形成具有不同性能的复合材料，结构材料领域有很大的发展空间。
[0005]多层织物和平纹层压复合材料与三维织物结构对复合材料的力学性能影响方面，引起了学者们的关注及探讨。其中郭洪伟通过对多层织物结构的分析表明，纬纱密度对多层织物复合材料的力学性能有着显著的影响，而提高纬纱密度也可以提高材料的整体性能，尤其是厚度方向的性能。胡靖元通过对层压复合材料的研究分析表明，复合材料受冲击损伤机理包括裂纹的稳定性，传播性和渗透性，以及材料结构对能量的吸收和纤维断裂的影响。阮芳涛采取小样织机制备了经纬密度不同的芳纶/碳纤维混杂平纹织物，利用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备了芳纶/碳混杂织物增强复合材料并测试材料的力学性能。研究表明，当经纱的密度增大时，复合材料的弯曲模量、拉伸模量呈下降趋势，而材料的拉伸强度和断裂伸长率呈上升趋势；李思辉对聚乙烯层压复合材料进行冲击性能的试验测试，同时把降解过程分为拉伸，剪切和分层三个阶段，研究表明复合材料中纤维和基体材料的叠加是对能量吸收最多的。黄故对多维织物的结构进行不同设计制备复合材料进行拉伸试验，对此提出多维机织物的组织结构对复合材料的拉伸强度和断裂伸长率等起着决定性作用，伸直状态的长丝束有利于提高三维机织物复合材料性能。顾龙鑫通过设计并织造了
相同层数，结构不同的织物进行复合材料的制备，并对其材料进行力学性能的测试，从而证明了多维织物结构设计中，厚度一定时，应提高织物的面密度，从而可以提高复合材料的拉伸断裂强度。从目前的整体研究方向来看，主要是基于单一织物结构和材料的选择应用的变化来研究复合材料性能的影响，探索单一织物结构以及空间和平面结构和材料的应用对复合材料性能的影响。
[0006]而工程领域日益严格的要求对多层机织物增强复合材料提出了更高的要求。目前的工业上所制备的复合材料的力学性能还没有完全满足实际需要。例如，作为异型构件的基本结构，复合加固需要结合良好的整体结构和柔性结构变形能力，克服异型构件在织造过程中的变形、弯曲等变形行为还不能完全符合条件需求。多层织物改变了经纱和纬纱的排列规律以及每层经纱和纬纱的交织规律，从而获得良好的结构变形和力学性能，有望成为异形结构件的基本结构材料。实际应用过程中，多层复合材料在拉伸、压缩等外部环境下，会导致材料损伤，严重影响材料的可继续使用性，因此有必要对其力学性能做深入研究，对多层机织复合材料的结构进行设计织造以及工艺优化。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种具有复合增强体结构的复合材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使复合材料具有优异的力学性能，以满足工程领域对多层机织物增强复合材料较高的性能需求，同时，为复合结构对所制备的复合材料的力学性能影响提供理论与设计依据。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供一种具有复合增强体结构的复合材料，所述复合材料以凯夫拉纤维为复合增强体原料，环氧树脂为基体；所述复合增强体以多层组织结构单元与平纹组织结构单元为配比单元。其中多层组织以机织组织结构中的角联锁组织为基础组织单元，平纹组织为二维机织组织中平纹组织结构。在进行组织结构单元配置时，根据材料要求进行组织结构设计。在进行结构设计时，首先确定复合组织配置比，再根据两种组织单元的完全循环纱线数，确定两种组织结构单元的一个组织循环完全纱线数，当两种组织结构单元完全循环纱线数不同时，根据两种组织结构单元的最小公倍数进行循环纱线数的设置。织造时，采用分区穿综法进行穿综。
[0010]本专利技术还提供上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将所述凯夫拉纤维进行上浆处理；
[0012](2)按照设计好的结构织造复合增强体；
[0013](3)对所述复合增强体进行脱浆处理并干燥；
[0014](4)以树脂固化剂混合溶液浸渍所述复合增强体，静置，得到所述复合材料。
[0015]进一步地，步骤(1)上浆处理的温度为100℃。
[0016]进一步地，步骤(1)上浆处理所用浆料原料包括PVA、变性淀粉和水；所述PVA、变性淀粉和水的质量比为48:112:1840。
[0017]进一步地，所述浆料的制备方法包括以下步骤：将所述PVA、变性淀粉和水混合溶解后，于90℃下煮浆2.5h。
[0018]进一步地，步骤(3)脱浆处理采用NaOH溶液，处理时间为3h。
[0019]进一步地，所述树脂固化剂混合溶液由JL
‑
235树脂与固化剂按照质量比100:27混合得到。
[0020]本专利技术公开了以下技术效果：
[0021]本专利技术以平纹组织结构单元与多层组织结构单元为配比单元，设计具有复合组织结构的多层组织结构，以凯夫拉纤维为增强体原料，环氧树脂为基体，通过真空辅助成型工艺制备芳纶环氧树脂基复合材料，并对复合材料进行力学性能测试，同时对比平纹层压复合材料和多层结构复合材料的力学性能，分析多层组织结构单元与平纹组织结构单元的复合比例对制备的复合材料力学性能的影响。结果表明，复合多层组织结构有利于多层芳纶环氧树脂基复合材料力学性能的影响，与传统多层复合材料相比，组织结构设计为3+1的复合多层复合材料的抗拉强度提高最多，为81.67％；组织结构设计为1+3的复合多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合增强体结构的复合材料，其特征在于，所述复合材料以凯夫拉纤维为复合增强体原料，环氧树脂为基体；所述复合增强体以多层组织结构单元与平纹组织结构单元为配比单元。2.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将所述凯夫拉纤维进行上浆处理；(2)按照设定好的结构织造复合增强体；(3)对所述复合增强体进行脱浆处理并干燥；(4)以树脂固化剂混合溶液浸渍所述复合增强体，静置，得到所述复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)上浆处理的温度为100℃。4.根据权利要求2所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨莉，王玮，马翔，徐珍珍，席玉松，丁峰，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：