一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材及其制备方法和应用技术

一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材及其制备方法和应用，它涉及一种可共固化轻质高刚性芯材及其制备方法和应用。本发明专利技术是要解决复杂形状薄壁复合材料夹层结构成型工艺困难及夹层结构边缘需要增加强度的问题，提供了一种可共固轻质高刚性芯材，同时免去复合材料面板与芯材之间胶黏剂的使用。本发明专利技术的芯材是由主体树脂、增韧剂、轻质材料、固化剂和填料制成，制备方法为：主体树脂、增韧剂、轻质材料、固化剂和填料混合均匀，得到胶料；胶料经烘箱中预热，然后在由胶膜压延机上用载体热压延成膜，即得到轻质芯材。其用于制备航空航天领域耐高温复合材料结构件。

Co curing lightweight high rigid core material for sandwich structure of composite material, preparation method and application thereof

The utility model relates to a common solidified lightweight high rigid core material, a preparation method and an application thereof, which relates to a common solidified lightweight high rigidity core material, a preparation method and an application thereof. The present invention is to solve the complex sandwich structure shape of thin-walled composite sandwich structure and process difficulties need to increase the strength of the edge, which provides a total solid lightweight high rigid core material, while eliminating the use of adhesive between the composite panel and core material. The core material of the invention is made of resin, toughening agent, light material, curing agent and filler, the preparation method is as follows: the main resin, toughening agent, light material, curing agent and filler are mixed evenly, rubber; rubber by the oven, then by the film calender with carrier hot rolled film, which are lightweight core material. The invention is used for preparing high temperature resistant composite structural parts in the aerospace field.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种可共固化轻质高刚性芯材及其制备方法。
技术介绍
夹芯结构凭借优异的比强度和较好的耐热性、耐冲击性能等优点被广泛应用于结构件减重设计，目前主要有PMI泡沫夹层结构和蜂窝夹芯结构如铝蜂窝、纸蜂窝等。但这些结构在应用中遇到一些问题，如当蜂窝夹芯结构面板出现裂纹和空隙时，水和水汽就会进入蜂窝孔中，破坏邻近的蜂窝孔格的粘接，降低夹层结构的性能。以上这些夹层结构不能与预浸料共固化成型，对于复杂形状制件，不满足成型工艺要求，另外对于夹层结构需要强度增加的部位这些结构不满足设计要求，因此在这些区域采用增加预浸料铺层的方式完成制件，成型工艺和强度都满足结构件要求，但这种方式增加了结构件的重量。
技术实现思路
本专利技术的一种可共固化轻质高刚性芯材，用于复杂形状薄壁复合材料夹层结构及结构边缘需要增加强度的夹层结构，也可替代多层预浸料层压板结构，具有优异的比强度，可降低原材料和制造工艺成本，同时可有效减重20％-25％，尤其对航空航天领域耐高温结构件制造具有重要的意义。本专利技术的一种可共固化轻质高刚性芯材，它按照质量份数是由70～100份的主体树脂、10～30份的增韧材料、20～50份的轻质材料、10～33份的固化剂、2～15份的填料和1～3份的硅烷偶联剂制成；其中，主体树脂由具有高玻璃化转变温度的环氧树脂、普通类型环氧树脂和环氧稀释剂中的一种或几种按任意比组成的混合物，具有高玻璃化转变温度环氧树脂由1,1,1-三苯基乙烷缩水甘油醚、2,2'-[(1,1-环己基(4,1-双苯基)双氧)双甲基]双环氧乙烷、8,8'-双(2,3-环氧丙氧基)-1,1'-联萘、N,N,N,N-四缩水甘油基-4，4’-二氨基二苯甲烷和N,N,O-三缩水甘油基对氨基苯酚中的一种或几种按任意比组成；普通类型环氧树脂由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4-丁二醇缩水甘油醚、环氧丙烷苯基醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种按任意比组成；轻质材料由碱石灰硼硅酸盐玻璃微珠、氧化硅铝陶瓷中空微球的一种或两种按任意比组成的混合物。本专利技术一种可共固化轻质高刚性芯材的制备方法按照以下步骤进行：一、按照质量份数称取70～100份的主体树脂、10～30份的增韧材料、20～50份的轻质材料、10～33份的固化剂、2～15份的无机填料和1～3份的硅烷偶联剂；二、将步骤一中称取的增韧材料、固化剂、填料及硅烷偶联剂与35～50份主体树脂在三辊研磨机上研磨3～5遍，混合均匀；三、将步骤一中称取的35～50份剩余主体树脂加入到捏合机中，升温到80℃～90℃中，加入步骤二中研磨好的树脂料，捏合10min～15min；四、将步骤一中称取的轻质材料加入到捏合机中，真空捏合10min～15min；均匀后倒出，得到胶料；五、将步骤四中的胶料在50℃～70℃的烘箱中预热20min～40min，然后在辊温为50℃～70℃的胶膜压延机上用载体热压延成膜，即得到轻质高刚性芯材。本专利技术包含以下有益效果：本专利技术涉及一种复合材料夹层结构用轻质高刚性芯材，应用于复合材料夹层结构的制造，其是一种未固化的柔软可卷曲的膜状材料。本专利技术的轻质高刚性芯材固化前柔软可卷曲、可自由裁剪、可与预浸料共固化成型，厚度在0.20mm～3.0mm可调，可根据材料要求定制厚度，密度在600kg/m3～800kg/m3。固化后材料具有高比刚性、优异的耐高温特性及耐湿热性能。另外本专利技术的材料粘接强度高无需胶黏剂就可实现与复合材料的粘接成型。该芯材固化温度为175℃～180℃，固化时间为2h～3h。本专利技术的方法制备的轻质高刚性芯材具有良好的刚性、耐热性。常温拉伸强度为32.9MPa，模量为2742MPa；180℃拉伸强度为23.1MPa，模量为1605MPa；常温压缩强度为61.2MPa，模量为2562MPa；湿热老化后常温压缩强度为53.9MPa。附图说明：图1为芯材固化后表面电镜照片；图2为芯材应用实例示意图；其中，A为高刚性轻质芯材区，B为蜂窝区，C为预浸料。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种可共固化轻质高刚性芯材，它按照质量份数是由70～100份的主体树脂、10～30份的增韧材料、20～50份的轻质材料、10～33份的固化剂、2～15份的填料和1～3份的硅烷偶联剂制成；其中，主体树脂由具有高玻璃化转变温度的环氧树脂、普通类型环氧树脂和环氧稀释剂中的一种或几种按任意比组成的混合物，具有高玻璃化转变温度环氧树脂由1,1,1-三苯基乙烷缩水甘油醚、2,2'-[(1,1-环己基(4,1-双苯基)双氧)双甲基]双环氧乙烷、8,8'-双(2,3-环氧丙氧基)-1,1'-联萘、N,N,N,N-四缩水甘油基-4，4’-二氨基二苯甲烷和N,N,O-三缩水甘油基对氨基苯酚中的一种或几种按任意比组成；普通类型环氧树脂由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4-丁二醇缩水甘油醚、环氧丙烷苯基醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种按任意比组成；轻质材料由碱石灰硼硅酸盐玻璃微珠、氧化硅铝陶瓷中空微球的一种或两种按任意比组成的混合物。本实施方式具有高玻璃化转变温度环氧树脂由1,1,1-三苯基乙烷缩水甘油醚2,2'-[(1,1-环己基(4,1-双苯基)双氧)双甲基]双环氧乙烷8,8'-双(2,3-环氧丙氧基)-1,1'-联萘N,N,N,N-四缩水甘油基-4，4’-二氨基二苯甲烷和N,N,O-三缩水甘油基对氨基苯酚中的一种或几种组成；普通类型环氧树脂由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4-丁二醇缩水甘油醚环氧丙烷苯基醚间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种组成；具有高玻璃化转变温度的环氧树脂可提高芯材的耐热性，环氧稀释剂可以降低体系粘度，保证轻质填料加入过程中的低破碎率。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：可共固化轻质高刚性芯材按照质量份数是由80～90份的主体树脂、15～20份的增韧剂、30～40份的轻质材料、10～33份的固化剂、5～12份的无机填料和1～3份的硅烷偶联剂制成。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：可共固化轻质高刚性芯材按照质量份数是由90份的主体树脂、20份的增韧剂、40份的轻质材料、25份的固化剂、5份的填料制成和2份的硅烷偶联剂制成。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：增韧剂由热塑性树脂微粒和液体增韧剂中的一种或几种按任意比组成的混合；热塑性树脂微粒由聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚酮、聚砜、聚芳砜中的一种或几种按任意比组成的混合，其粒径在30μm～50μm；液体橡胶类增韧剂由为核壳橡胶和液体丁腈橡胶中的一种或两种组成；核壳橡胶内核由聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯中的一种组成，壳层为聚甲基丙烯酸甲酯组成；液体丁腈橡胶由端羧基丁腈橡胶、端胺基丁腈橡胶、端乙烯基丁腈橡胶、端环氧基丁腈橡胶、端羟基液体聚丁二烯橡胶中的一种或几种按任意比组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材，其特征在于它按照质量份数是由70～100份的主体树脂、10～30份的增韧材料、20～50份的轻质材料、10～33份的固化剂、2～15份的填料和1～3份的硅烷偶联剂制成；其中，主体树脂由具有高玻璃化转变温度的环氧树脂、普通类型环氧树脂和环氧稀释剂中的一种或几种按任意比组成的混合物，具有高玻璃化转变温度环氧树脂由1,1,1‑三苯基乙烷缩水甘油醚、2,2'‑[(1,1‑环己基(4,1‑双苯基)双氧)双甲基]双环氧乙烷、8,8'‑双(2,3‑环氧丙氧基)‑1,1'‑联萘中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4‑丁二醇缩水甘油醚、环氧丙烷苯基醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种按任意比组成；普通类型环氧树脂由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4‑丁二醇缩水甘油醚、环氧丙烷苯基醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种按任意比组成；轻质材料由碱石灰硼硅酸盐玻璃微珠、氧化硅铝陶瓷中空微球的一种或两种按任意比组成的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材，其特征在于它按照质量份数是由70～100份的主体树脂、10～30份的增韧材料、20～50份的轻质材料、10～33份的固化剂、2～15份的填料和1～3份的硅烷偶联剂制成；其中，主体树脂由具有高玻璃化转变温度的环氧树脂、普通类型环氧树脂和环氧稀释剂中的一种或几种按任意比组成的混合物，具有高玻璃化转变温度环氧树脂由1,1,1-三苯基乙烷缩水甘油醚、2,2'-[(1,1-环己基(4,1-双苯基)双氧)双甲基]双环氧乙烷、8,8'-双(2,3-环氧丙氧基)-1,1'-联萘中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4-丁二醇缩水甘油醚、环氧丙烷苯基醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种按任意比组成；普通类型环氧树脂由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种按任意比组成；环氧稀释剂由1,4-丁二醇缩水甘油醚、环氧丙烷苯基醚、间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种按任意比组成；轻质材料由碱石灰硼硅酸盐玻璃微珠、氧化硅铝陶瓷中空微球的一种或两种按任意比组成的混合物。2.根据权利要求1所述的一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材，其特征在于可共固化轻质高刚性芯材按照质量份数是由80～90份的主体树脂、15～20份的增韧剂、30～40份的轻质材料、10～33份的固化剂、5～12份的无机填料和1～3份的硅烷偶联剂制成。3.根据权利要求2所述的一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材，其特征在于可共固化轻质高刚性芯材按照质量份数是由90份的主体树脂、20份的增韧剂、40份的轻质材料、25份的固化剂、5份的填料制成和2份的硅烷偶联剂制成。4.根据权利要求1、2或3中所述的一种复合材料夹层结构用可共固化轻质高刚性芯材，其特征在于增韧剂由热塑性树脂微粒和液体增韧剂中的一种或几种按任意比组成的混合；热塑性树脂微粒由聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚酮、聚砜、聚芳砜中的一种或几种按任意比组成的混合，其粒径在30μm～50μm；液体橡胶类增韧剂由为核壳橡胶和液体丁腈橡胶中的一种或两种组成；核壳橡胶内核由聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯中的一种组成，壳层为聚甲基丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪峰，曲春艳，王德志，张杨，宿凯，杨海冬，刘长威，肖万宝，王海民，杜程，
申请(专利权)人：黑龙江省科学院石油化学研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23