一种多层结构的高脆性相复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多层结构的高脆性相复合材料及其制备方法。首先将硫酸钡、三聚氰胺等高脆性材料与氟树脂混合均匀并压制成一系列单层薄片，然后在其中一块单层薄片上平铺树脂材料并预压，接着放上另一块单层薄片并进行叠层预压，重复平铺树脂

【技术实现步骤摘要】
一种多层结构的高脆性相复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及层状复合材料
，具体涉及一种多层结构的高脆性相复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着燃料经济性和外界载荷的增加，制备功能化的高脆性基体复合材料逐渐成为设计者们的研究热点。高脆性相复合材料是由高脆性相基体材料和少量添加剂组成的脆性基复合材料，其具有高强度、高模量、优异断裂韧性和稳定性等优点，是近年来复合材料工业的发展趋势，在航空发动机部件、聚合物基粘接炸药填装、运输、建筑材料、缓冲减震部件等领域应用都非常广泛。
[0003]许多高脆性相复合材料因特定脆性相含量过高容易断裂，尤其是在有缺口、划痕或内部缺陷的情况下，这在很大程度上限制了高脆性相复合材料的广泛应用。一般为了得到具有优异力学性能的高脆性相复合材料，常用的方法包括在高脆性相复合材料基体中加入粘接剂，采用粘接的方式制备高脆性基复合材料。粘接剂能够改善脆性相基体界面，在不影响材料本身平衡状态的前提下有效提高粘接强度，从而提高材料的力学强度。此外还可以通过偶联等方式在高脆性相基体与粘接剂之间产生氢键等作用，作为“桥梁”提高界面结合。然而单纯依靠偶联剂等在界面中的调控作用具有局限性，这是因为键合强度并不高且分布不均匀，改善效果十分有限，无法起到实质性的提高作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种多层结构的高脆性相复合材料，该复合材料包括至少2层，由高脆性材料
‑
树脂复合层、树脂层依次交替排列而成。
[0005]进一步的，所述复合材料的层数为偶数层，优选为2
‑
16之间的偶数。
[0006]进一步的，每层中所选用的树脂原料相同或不同，优选为相同。
[0007]更进一步的，所述树脂选自氟树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂中的至少一种，优选为氟树脂，更优选为质量比＝1:4的偏氟乙烯与三氟氯乙烯的共聚物。
[0008]进一步的，高脆性材料
‑
树脂复合层中选用的高脆性材料相同或不同，优选为相同。
[0009]更进一步的，所述高脆性材料选自硫酸钡、三聚氰胺中的至少一种。
[0010]更进一步的，所述高脆性材料具体为硫酸钡与三聚氰胺的混合物，两者的质量份数比为18
‑
20:71
‑
75，优选为20:75。
[0011]进一步的，高脆性材料
‑
树脂复合层中高脆性材料与树脂的质量份数比为90
‑
95:5
‑
10，优选为95:5、94:6、93:7、92:8、91:9、90:10。
[0012]进一步的，所有树脂层的总质量与整个复合材料的质量之比为5
‑
10:100。
[0013]进一步的，整个复合材料的总厚度与单一树脂层的厚度分别为29.40
‑
30.50mm、0.04
‑
1.11mm。
[0014]本专利技术的目的之二在于提供上述多层结构的高脆性相复合材料的制备方法，主要包括以下步骤：(a)将高脆性材料、树脂按照一定比例混合均匀后铺平预压，得到单层预压薄片；(b)在单层预压薄片上平铺树脂并预压，再放入另一块单层预压薄片，然后进行叠层预压；(c)重复步骤(b)，最后热压成型即可。
[0015]进一步的，步骤(a)中高脆性材料的平均粒径为20μm
‑
40μm。高脆性材料的粒径必须在合适的范围内，如果过大会导致复合材料密度偏小。
[0016]进一步的，步骤(a)中预压温度为常温，预压压力不超过50MPa，预压所得薄片的厚度为1.8mm
‑
15mm。
[0017]进一步的，步骤(b)中叠层预压温度为常温，叠层预压压力不超过50MPa。
[0018]进一步的，步骤(c)中热压成型温度为80
‑
200℃，压力为1GPa
‑
4GPa。
[0019]本专利技术通过控制层状结构的厚度，在高脆性相基体的玻璃化转变温度下进行多层混料热压，最终获得了力学性能优异的多层复合材料。通过实验对比发现，在拉伸过程中多层结构中的界面结合处粘接紧密、均匀且平整，能够保持良好的层与层之间的结合，相对于单层结构复合材料，该多层结构复合材料大幅度提高了材料的强度。
[0020]本专利技术的有益效果归纳起来有以下几点：(1)采用多层混料热压技术，制备出具有不同宏观结构的复合材料，并且多层结构可灵活设计及精确控制；(2)动态拉伸测试结果表明，按照本专利技术方法制得的多层结构高脆性复合材料具有良好的拉伸强度和韧性，20℃下的拉伸强度最高达到4.6MPa，相比单层样品提升了206％；(3)本专利技术采用的一体化制备工艺较为简单，无需借助外场作用，容易实施和推广，具备很强的可设计性和操作性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术工艺流程图及实物照片；
[0022]图2为实施例1
‑
5制得的复合材料样品的应力应变曲线；
[0023]图3为实施例6
‑
9制得的复合材料样品的应力应变曲线；
[0024]图4为实施例10
‑
13制得的复合材料样品的应力应变曲线；
[0025]图5为实施例1
‑
13制得的复合材料样品的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
[0026]为使本领域普通技术人员充分理解本专利技术的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明。
[0027]如图1所示的多层结构高脆性相复合材料的制备方法，包括以下步骤：第一步、将高脆性材料、树脂混合均匀，然后平铺在模具中，利用热压机进行预压，得到厚度为1.80mm
‑
15mm的单层预压薄片；第二步、在模具中放入一个单层预压薄片，然后在其表面平铺一层树脂并预压，再放入另一个单层预压薄片，接着利用热压机进行叠层预压；第三步、根据所需制备的层数重复第二步若干次，最后在高温、高压下热压成型即可。
[0028]实施例1
‑
13的工艺条件如下表1所示。
[0029]表1不同实施例的工艺条件对照表
[0030][0031]实施例1
‑
13制得的多层结构高脆性相复合材料的组成如下表2所示。
[0032]表2不同实施例制得的复合材料的组成对照表
[0033][0034]为充分了解各实施例制得的层状结构高脆性相复合材料的性能，参照GB/T 6329
‑
1996《粘接剂对接接头拉伸强度的测定》方法，分别取样进行了力学性能测试和SEM电镜分析，结果如图2
‑
5所示。
[0035]从图2
‑
4所示的应力应变曲线可知，随着层数的增加，材料拉伸强度提高，在8层时最大，并且层间树脂含量为4％时对应的拉伸强度最大达到4.6MPa(对应实施例4)。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层结构的高脆性相复合材料，其特征在于：该复合材料包括至少2层，由高脆性材料
‑
树脂复合层、树脂层依次交替排列而成。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：该复合材料的层数为2
‑
16之间的偶数。3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：每层中选用的树脂原料相同或不同，所述树脂选自氟树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂中的至少一种；高脆性材料
‑
树脂复合层中选用的高脆性材料相同或不同，所述高脆性材料选自硫酸钡、三聚氰胺中的至少一种。4.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述树脂具体为质量比＝1:4的偏氟乙烯与三氟氯乙烯的共聚物；所述高脆性材料具体为硫酸钡与三聚氰胺的混合物，两者的质量份数比为18
‑
20:71
‑
75。5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：高脆性材料
‑
树脂复合层中高脆性材料与树脂的质量份数比为90
‑
95:5
‑
10。6.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所有树脂层的总质量与整个复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗国强，周浩瀚，袁欢，张小山，魏琴琴，沈强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：