【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料的，尤其是涉及一种轻量化高强复合板及其制备方法、应用。
技术介绍
1、轻量化复合材料替代传统金属材料逐渐成为汽车、工业及运输产业等领域的未来发展趋势。其中，玻璃纤维复合材料具有较高的比强度和比刚度，玻璃纤维本身作为具有一定长径比及各向异性的无机增强材料，具有质轻、高强度的优良特性，其常与同样具有优异的粘接性能、耐磨性能、力学性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能的环氧树脂复合，制备得到玻纤-环氧树脂复合材料。但是由于玻璃纤维表面惰性大、表面能低，有化学活性的官能团少，反应活性低，与环氧树脂的粘结性差，加工困难，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘接强度低，复合材料界面性能差的缺陷，还存在脆性比较大、抗冲击能力弱等问题。
2、hp-rtm工艺是目前最先进的复材注塑工艺，它是指利用高压压力将树脂对冲混合并注入到预先铺设有纤维增强材料和预置嵌件的真空密闭模具内，经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模，获得复合材料制品的成型工艺，具有操作方便，成型效率高，性能稳定等优点。但是，hp-rtm工艺得到的复合材料普遍存在以下问题：(1)树脂对纤维的浸渍不够理想，导致成型时间加长，复合材料空隙率较高；(2)模具型腔内的树脂流动不均衡，增加复合材料的界面缺陷，且存在性能不均衡的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种轻量化高强复合板及其制备方法、应用，通过在预浸料中加入空心玻璃微球以及改进制备工艺步骤，改善环氧树脂与纤维的相容性，减少复
2、本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种轻量化高强复合板的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)配置预浸料和环氧树脂浆料；所述预浸料包括环氧树脂、阳离子淀粉和空心玻璃微球；
5、(2)将玻璃纤维按照不同纤维密度铺设为上层、中层和下层，中层的纤维密度大于上层和下层的纤维密度；铺设完成后，得到预成型体；
6、(3)将预成型体夹持固定浸渍预浸料后，再经预固化，得到预固化体；
7、(4)将预固化体放置于模具中，合模抽真空，注射环氧树脂浆料，注射完成后保持合模及继续施压固化，开模得到复合板。
8、本专利技术采用玻璃纤维和环氧树脂作为主要复合材料，并利用hp-rtm工艺成型得到复合板，为改善玻璃纤维和环氧树脂之间相容性差以及hp-rtm工艺中树脂对纤维的浸渍不够理想的问题，本专利技术还对制备工艺进行了改进。
9、预浸料中加入的空心玻璃微球具有高尺寸稳定性、抗冲击性和耐热性，能够改善玻纤复材抗冲击性能不佳的问题，阳离子淀粉则可以提升玻璃微球或者玻璃纤维与环氧树脂之间的相容性，且在预成型体浸渍预浸渍料后，提升空心玻璃微球在预成型体中的附着力。预成型体为不同纤维密度的玻璃纤维铺设而成，中间层采用较高纤维密度，可以保证复合板具有较高的强度和耐久性，上层和下层采用较低的纤维密度，可以保证复合板的轻量化需求，并且预浸料中的空心玻璃微球可以更好的嵌入玻璃纤维空隙，不仅可以利用玻璃微球相较于玻璃纤维具有更轻量化的特性，而且中间层提供支撑作用，上下层还含有高抗冲击性的玻璃微球，因而可以进一步提升复合板的抗冲击性能。另外，该结构可以使得复合板具有更高的尺寸稳定性，且预成型体预固化后得到的预固化体，利用hp-rtm工艺注射环氧树脂浆料成型时，环氧树脂与预固化体之间的相容性更佳，成型效果更好。
10、作为优选，按重量份计，所述预浸料包括：环氧树脂100份，阳离子淀粉3～8份，空心玻璃微球25～30份，固化剂5～10份，消泡剂1～5份和稀释剂30～40份。
11、作为优选，按重量份计，所述环氧树脂浆料包括：环氧树脂100份，固化剂10～15份
12、和稀释剂30～40份。
13、阳离子淀粉相较于常规淀粉的粘度更低，且与玻璃纤维、玻璃微球之间的相容性更好，也有助于提升其与环氧树脂之间的相容性。但是阳离子淀粉的加入不可避免的会增加预浸料的粘度，需要加入适量的稀释剂降低粘度，保证预浸料具有良好的流动性，能在预成型体上的分布均匀性更佳。
14、作为优选，所述空心玻璃微球的目数为800～1200目，密度为0.2～0.3g/cm3。
15、较小粒径的空心玻璃微球能够在预成型体上的嵌入附着效果更好，但是过小粒径的空心玻璃微球容易导致结球，在本专利技术中限定范围内能够得到更好的技术效果。并且，预成型体的不同纤维密度分层结构也有利于改善空心玻璃微球的结球问题，在纤维密度较低的上下层能够使得玻璃微球的分散性更好。
16、作为优选，所述阳离子淀粉的制备方法为：将淀粉和质量浓度为16～20％的盐酸按照100：0.8～1.2的质量比混合后，在70～80℃处理0.5～1h，再加入阳离子试剂和催化剂在70～80℃处理4～6h，所述阳离子试剂和催化剂的加入量分别为淀粉质量的12～15％、2～4％，得到阳离子淀粉。
17、作为优选，所述固化剂为双氰胺；所述消泡剂为聚醚类消泡剂、醇类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或多种；所述稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚、二环氧甘油醚甘油、聚丙二醇二缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚。
18、作为优选，步骤(2)中，上层和下层的纤维密度相同，均为0.5～0.8g/cm3；中层的纤维密度为1.0～1.2g/cm3。
19、上层和下层的纤维密度均为0.5～0.8g/cm3，较低的密度使得复合板材具有轻量化的特性，中层的纤维密度为1.0～1.2g/cm3，则可以保证复合板一定的抗冲击性能和耐承载能力，两者密度的差异化还可以使得中层在预固化和合模固化时提供一定的支撑作用。
20、作为优选，步骤(3)中，所述浸渍的时间为20～30min；所述预固化的温度为150～180℃，压力为-0.05～-0.15mpa，时间为30～60min。
21、预固化过程采用负压，可以具有一定的脱泡效果，减少复合材料的界面缺陷和空隙率。
22、作为优选，步骤(4)中，按照总体积为100％计，所述预固化体和环氧树脂浆料的体积比为60％：40％。
23、作为优选，步骤(4)中，所述施压固化的压力为100～150bar，模具温度100～120℃，保压时间30～50min。
24、第二方面，本专利技术还提供了一种上述制备方法制得的轻量化高强复合板。
25、第三方面，本专利技术还提供了一种上述轻量化高强复合板在汽车后背门中的应用。
26、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
27、(1)预浸料中加入的空心玻璃微球能够改善玻纤复材抗冲击性能不佳的问题，阳离子淀粉则可以提升玻璃微球或者玻璃纤维与环氧树脂之间的相容性，且能够提升空心玻璃微球在预成型体中的附着力；
28、(2)预成型体为不同纤维密度的玻璃纤维铺设而成，中间层采用较本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，按重量份计，所述预浸料包括：环氧树脂100份，阳离子淀粉3~8份，空心玻璃微球25~30份，固化剂5~10份，消泡剂1~5份和稀释剂30~40份；所述环氧树脂浆料包括：环氧树脂100份，固化剂10~15份和稀释剂5~10份。
3.如权利要求1所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，所述空心玻璃微球的目数为800～1200目，密度为0.2～0.3g/cm3。
4.如权利要求1-3之一所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，所述阳离子淀粉的制备方法为：将淀粉和质量浓度为16~20%的盐酸按照100：0.8~1.2的质量比混合后，在70~80℃处理0.5~1h，再加入阳离子试剂和催化剂在70~80℃处理4~6h，所述阳离子试剂和催化剂的加入量分别为淀粉质量的12~15%、2~4%，得到阳离子淀粉。
5.如权利要求2所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，所述固化剂为双氰胺；所述消泡剂为聚醚类消泡剂、醇类消
6.如权利要求1所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，上层和下层的纤维密度相同，均为0.5~0.8g/cm3；中层的纤维密度为1.0~1.2g/cm3。
7.如权利要求1或6所述轻量化高强复合板，其特征在于，步骤（3）中，所述浸渍的时间为20~30min；所述预固化的温度为150~180℃，压力为-0.05～-0.15MPa，时间为30~60min。
8.如权利要求1所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，按照总体积为100%计，所述预固化体和环氧树脂浆料的体积比为60%：40%；所述施压固化的压力为100~150bar，模具温度100～120℃，保压时间30~50min。
9.一种如权利要求1-8任一项所述制备方法制得的轻量化高强复合板。
10.一种如权利要求9所述轻量化高强复合板在汽车后背门中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，按重量份计，所述预浸料包括：环氧树脂100份，阳离子淀粉3~8份，空心玻璃微球25~30份，固化剂5~10份，消泡剂1~5份和稀释剂30~40份；所述环氧树脂浆料包括：环氧树脂100份，固化剂10~15份和稀释剂5~10份。
3.如权利要求1所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，所述空心玻璃微球的目数为800～1200目，密度为0.2～0.3g/cm3。
4.如权利要求1-3之一所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，所述阳离子淀粉的制备方法为：将淀粉和质量浓度为16~20%的盐酸按照100：0.8~1.2的质量比混合后，在70~80℃处理0.5~1h，再加入阳离子试剂和催化剂在70~80℃处理4~6h，所述阳离子试剂和催化剂的加入量分别为淀粉质量的12~15%、2~4%，得到阳离子淀粉。
5.如权利要求2所述轻量化高强复合板的制备方法，其特征在于，所述固化剂为双氰胺；所述消泡剂为...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鲁斌，杜宗亮，刘畅，郭旭，
申请(专利权)人：大连理工大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。