一种超轻质高强复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种超轻质高强复合材料及其制备方法和应用。该超轻质高强复合材料包括：经热压固化得到的液晶聚芳酯纤维和低密度树脂；低密度树脂包括环氧树脂混合物和固化剂混合物；环氧树脂混合物按重量份包括环氧树脂50

【技术实现步骤摘要】
一种超轻质高强复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能复合材料
，尤其涉及一种超轻质高强复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]先进复合材料由高性能纤维和树脂基体组成。与其他单质材料相比，具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能。常用树脂体系有酚醛、环氧、双马和氰酸酯树脂等，其中环氧树脂应用量最大。环氧树脂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。由于其收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点，在胶粘剂、涂料、电子电气绝缘材料、先进复合材料等领域得到广泛应用。增强材料按纤维分主要有碳纤维及其织物、芳纶纤维及其织物、玻璃纤维及其织物、其他有机纤维及其织物、混杂纤维及其织物等。
[0003]中国专利(申请号202210726080.3)公开的一种轻质高强复合材料及其制备方法，是一种由氧化镁、漂珠、柠檬酸、硫酸镁和水组成，用于建筑钢管。该材料以无机成分为主，弯曲强度不佳，且密度仍较大。
[0004]本专利技术针对航空航天、海洋及军用复合材料的轻质高强复合材料的需求，提出一种超轻质高强复合材料用预浸料及其树脂的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种超轻质高强复合材料及其制备方法和应用，采用本专利技术所述低密度树脂的热熔胶，用热熔预浸机浸渍低密度的纤维制备预浸料，再采用模压法或热压罐法成型固化预浸料可得到超轻质高强复合材料。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种超轻质高强复合材料，包括：经热压固化得到的液晶聚芳酯纤维和低密度树脂；所述低密度树脂包括环氧树脂混合物和固化剂混合物；所述环氧树脂混合物按重量份包括环氧树脂50
‑
70份、熔融增韧剂10
‑
30份、轻质填充剂10
‑
40份、增稠剂1
‑
3份、硅烷偶联剂1
‑
5份和分散剂1
‑
2份；所述固化剂混合物按重量份包括固化剂5
‑
35份、促进剂0
‑
10份和粉末增韧剂0
‑
20份。
[0007]进一步的，所述轻质填充剂为空心玻璃微珠、空心酚醛树脂粉末、气凝胶的一种或多种，优选为空心玻璃微珠；
[0008]本专利技术的一种超轻质高强复合材料由预浸料压制而成，预浸料由低体密度纤维和低密度树脂基体组成。低密度树脂基体由空心玻璃微珠(HGB)或空心酚醛塑料或气凝胶填充到树脂聚合物中而形成的一种新型的结构和功能为一体的复合材料基体。低体密度的聚芳酯(LCP)纤维具有密度低、吸水率小、韧性好、耐磨等特点。所得到的复合材料相比于传统纤维增强复合材料，具有低密度、高强度、电性能优异、吸水率低、抗冲击性高、减振降噪等优点，具有广泛的应用前景，可以用作电绝缘材料、水下浮力材料、航空航天、防弹等领域。
[0009]进一步的，所述环氧树脂为环氧值为0.3
‑
0.7的环氧树脂；
[0010]和/或，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺类多官能环氧树脂、缩水甘油酯类多官能环氧树脂中的一种或几种的组合。
[0011]进一步的，所述液晶聚芳酯纤维的组织形态为单向连续纤维、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物的一种。
[0012]进一步的，所述熔融增韧剂为聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚酮醚(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯醚(PPO)、聚芳醚酮(PEK
‑
C)、聚碳酸酯(PC)以及橡胶类弹性体，如聚硫橡胶、液体氯丁橡胶、端胺基液体丁腈橡胶(ATBN)、端羟基液体丁腈橡胶(HTBN)、端环氧基丁腈橡胶(ETBN)、端羧基丁腈橡胶(CTBN)、端羧基聚丁二烯液体橡胶(CTPB)、端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶(ITPB)、聚氨酯、硅橡胶的一种或几种的组合；优选为聚醚砜或聚砜；采用此类热塑性树脂熔融增韧剂，对液晶聚芳酯纤维的粘合性好，既能提高韧性，还能保证复合材料强度。
[0013]和/或，所述粉末增韧剂为橡胶粒子、热塑性树脂粉末、核壳型粒子、碳纳米管、SiO2、TiO2、Al2O3中的一种或多种；优选为所述热塑性树脂粉末，包括PES、PSF、PEI(聚醚酰亚胺)、PEK、PEEK、PPO、PEK
‑
C(聚芳醚酮)、PES
‑
C(酚酞型聚芳醚砜)、PC中的一种或多种。粉末增韧剂的添加量优选为1
‑
10份，更优选为1
‑
5份。本专利技术通过分别在环氧树脂混合物和固化剂混合物中添加相应的增韧剂，有助于低密度树脂各组分的充分混合和高度增韧，从而保证最终所得复合材料的强度和韧性。
[0014]进一步的，所述增稠剂为气相二氧化硅。
[0015]进一步的，所述硅烷偶联剂为r
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、r
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环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)、r
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氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)的一种或几种的组合；优选为r
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环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)。通过硅烷偶联剂的加入，提高无机组分与环氧树脂基体的相容性，尤其是提高轻质填充剂的分散性和相容性。KH550和KH560还能参与固化反应，从而提高复合材料的强度。
[0016]进一步的，所述分散剂为BYK
‑
9076、BYK
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9077、BYK
‑
P104中的一种。
[0017]进一步的，所述固化剂为4，4
‑
二氨基二苯甲烷、4，4
‑
二氨基二苯砜、改性双氰胺、双氰胺、酸酐类固化剂中的一种或多种；
[0018]所述促进剂为改性取代脲、改性咪唑中的一种或多种。促进剂的添加量优选为0.1
‑
5份，更优选为1
‑
2份。
[0019]本专利技术配方所得复合材料，具有低密度、高强度、电性能优异、吸水率低、抗冲击性高、减振降噪等优点。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种以上任一项所述的超轻质高强复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]S1、将所述环氧树脂混合物和所述固化剂混合物混合均匀后，在热熔胶膜机中制成热熔胶膜；
[0022]S2、将低密度纤维布在所述热熔预浸机中与所述热熔胶膜浸渍复合，得到预浸料，然后热压固化得到超轻质高强复合材料。本专利技术制得的超轻质高强复合材料用预浸料可根据需要采用中温固化或高温固化，可用模压法或热压罐法成型。
[0023]进一步的，所述热压固化的温度为中温125
‑
135℃固化或高温180
‑
200℃固化，时
间为1
‑
3h，压力为0.3
‑
0.8MPa。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超轻质高强复合材料，其特征在于，包括：经热压固化得到的液晶聚芳酯纤维和低密度树脂；所述低密度树脂包括环氧树脂混合物和固化剂混合物；所述环氧树脂混合物按重量份包括环氧树脂50
‑
70份、熔融增韧剂10
‑
30份、轻质填充剂10
‑
40份、增稠剂1
‑
3份、硅烷偶联剂1
‑
5份和分散剂1
‑
2份；所述固化剂混合物按重量份包括固化剂5
‑
35份、促进剂0
‑
10份和粉末增韧剂0
‑
20份。2.根据权利要求1所述的超轻质高强复合材料，其特征在于，所述轻质填充剂为空心玻璃微珠、空心酚醛树脂粉末、气凝胶中的一种或多种，优选为空心玻璃微珠；和/或，所述环氧树脂为环氧值为0.3
‑
0.7的环氧树脂；和/或，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺类多官能环氧树脂、缩水甘油酯类多官能环氧树脂中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的超轻质高强复合材料，其特征在于，所述液晶聚芳酯纤维的组织形态为单向连续纤维、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物的一种。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的超轻质高强复合材料，其特征在于，所述熔融增韧剂为聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚酮醚、聚醚醚酮、聚苯醚、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚硫橡胶、液体氯丁橡胶、端胺基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶、端环氧基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶、端羧基聚丁二烯液体橡胶、端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶、聚氨酯、硅橡胶中的一种或几种的组合；优选为聚醚砜或聚砜；和/或，所述粉末增韧剂为橡胶粒子、热塑性树脂粉末、核壳型粒子、碳纳米管、SiO2、TiO2、Al2O3中的一种或多种；所述热塑性树脂粉末包括PES、PSF、PEI、PEK、PEEK、PPO、PEK
‑
C、PES
‑
C、PC中的一种或多种。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的超轻质高强复合材料，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜加伟，李忠姝，
申请(专利权)人：北京霜辰月科技有限公司，
类型：发明
国别省市：