CN105802136B - 一种三维织物增强多孔复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括：首先将三维织物放置于模具中，在真空泵的辅助下将树脂和空气交替的抽入模具内，待树脂分布均匀后继续保持空气的真空抽入，使多余的树脂随空气流抽出，固化，脱模，得到三维织物增强多孔复合材料。本发明制备工艺简单，中空度可调控，所制得的复合材料质量，力学性能、隔音性能、透波性能优异。可广泛用于军工国防，交通运输，电力电子行业。

Description

一种三维织物增强多孔复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于轻质复合材料制备领域，特别涉及一种多孔复合材料的制备方法。
背景技术
复合材料是指由两种或多种不同的材料通过物理方法或化学方法复合而成的材料。复合材料组成通常以一种材料为基体，另一种或多种材料为增强体，负载到基体上。在各组分之间的协同作用下，材料的性能得到了优化和提高。传统的树脂基织物增强复合材料的成型方法有手糊成型、喷射成型、树脂传递模塑成型法等。传统的树脂基纤维增强复合材料应用最广、用量最大，其具有比重小、比强度和比模量大，机械性能优异等特点。其中，碳纤维增强复合材料、石墨纤维增强复合材料等高性能纤维增强复合材料，已广泛的应用于航空航天、交通运输和军工国防等领域。
随着工业的发展，人们对复合材料的性能提出了更高的要求。比如：优异的介电性能，更轻的质量，更好的力学性能等。所以高中空度的多孔复合材料得到了广泛的关注。目前多孔复合材料以短纤维增强为主，且力学性能较低。传统的二维织物增强复合材料如果孔隙率过高，会使织物层间粘合力降低，极易产生分层破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的三维织物多孔复合材料的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低，经济效益好，能够保证树脂均匀浸入纱线内部，而不填满纱线之间空隙，制备多孔三维织物复合材料，解决了传统复合材料成型方法，难以制备力学和介电性能优异的多孔复合材料的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括：首先将三维织物放置于模具中，在真空泵的辅助下将树脂和空气交替的抽入模具内，待树脂分布均匀后继续保持空气的真空抽入，使多余的树脂随空气流抽出，固化，脱模，得到三维织物增强多孔复合材料。
优选地，在将树脂和空气交替的抽入模具内时，树脂渗透进入三维织物的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙。
优选地，通过调节树脂的粘度、真空泵的压力、以及树脂和空气的交替频率中的至少一种，来实现在将树脂和空气交替的抽入模具内时，三维织物增强多孔复合材料的中空度的调节。
优选地，在将三维织物放置于真空模具中时，在织物的上下两面与模具之间放置脱模用材料。
更优选地，所述的脱模用材料为塑料膜。
更优选地，所述的脱模用材料为聚四氟乙烯膜、聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚乙烯薄膜，或带有聚四氟乙烯、聚酯、聚乙烯醇或聚乙烯涂层的表面光滑的膜状织物。
优选地，所述的三维织物为在织物垂直方向有连接作用的纤维集合体。
更优选地，所述的三维织物为三维正交结构，三维角连锁结构，三维间隔织物，或缝合或者粘合而成的多层织物。
优选地，所述的树脂为热固性树脂。
优选地，所述的树脂为环氧树脂，不饱和聚乙烯树脂或酚醛树脂。
优选地，所述的树脂中添加有树脂稀释剂，树脂稀释剂与树脂的重量比为10～60∶100。树脂稀释剂的添加量根据织物结构和稀释剂种类调节。
更优选地，所述的树脂稀释剂与树脂的重量比为20∶100、30∶100、40∶100、50∶100或60∶100。
更优选地，所述的树脂稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂。
更优选地，所述的活性稀释剂为AGE(C12-14脂肪缩水甘油醚)，501(丁基缩水甘油醚)和622(1，4-丁二醇缩水甘油醚)中的至少一种。
更优选地，所述的非活性稀释剂为无水乙醇和丙酮中的至少一种。
本发明利用了三维织物结构具有垂直捆绑纱的特点，采用真空压力下，使树脂部分浸入三维织物的方法，得到高中空度的复合材料结构。而该结构即使在有很高的中空度的情况下依然能保持很好的力学性能和抗分层能力。从而获得质量轻，力学性能、隔音性能、透波性能优异的复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在保持树脂均匀浸润纱线的基础上，制备了三维织物多孔复合材料。
(2)本发明由于采用三维织物结构，故所制备的三维织物多孔复合材料，具有很好的抗分层能力和拉伸力学性能。
(3)本发明制备的三维织物多孔复合材料中空度高，质量轻，吸音性能和介电性能优异。
(4)本发明制备的三维织物多孔复合材料中空度等，可以通过制备参数控制。
(5)本发明制备工艺简单，成本低，经济效益好。
(6)本发明制备工艺简单，中空度可调控，所制得的复合材料质量，力学性能、隔音性能、透波性能优异。可广泛用于军工国防，交通运输，电力电子行业。
附图说明
图1为三维机织间隔玻璃纤维多孔复合材料示意图；
1.经纱，2.间隔纱，3纬纱，4树脂
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：三维机织间隔玻璃纤维增强多孔复合材料制备方法
(1)裁剪长宽高分别为：20cm×15cm×1cm的三维间隔玻璃纤维织物，将三维间隔玻璃纤维织物放置于模具中：将三维间隔玻璃纤维织物置于上下两层尺寸相当的玻璃板之间，三维间隔玻璃纤维织物的上面与上层玻璃板之间以及三维间隔玻璃纤维织物的下面与下层玻璃板之间均设置聚四氟乙烯膜，玻璃板和聚四氟乙烯膜上涂覆上脱模剂(聚硅氧烷)，形成预制件，用塑料板和密封胶带将预制件的四周密封，完成模具制备。
(2)配制低粘度树脂：选用环氧树脂(901-VP，上海富晨化工有限公司)，加入2wt％的(以树脂重量为基准)的固化剂(甲乙酮)，1wt％(以树脂重量为基准)的催化剂(异锌酸钴)和加入20wt％(以树脂重量为基准)的AGE对树脂进行稀释，充分搅拌使得树脂与稀释剂和固化剂均匀混合，得到粘度为100-200mPa.s。(采用旋转式粘度计在常温常压下测得)的低粘度树脂。
(3)在真空泵的辅助下将低粘度树脂和空气交替的抽入模具内，真空泵的压力为0.6MPa，每抽2秒钟的树脂后抽2秒中的空气，不断的交替，使低粘度树脂渗透进入三维织物的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙，待树脂分布均匀后，继续保持空气的真空抽入，使多余的树脂随空气流抽出；
(4)在50°温度下预固化1小时，随后在70°温度下进行8小时的固化，固化完成后进行脱模，完成三维机织间隔织物复合材料的制备。如图1所示，所述的三维机织间隔玻璃纤维多孔复合材料由经纱1、间隔纱2、纬纱3和树脂4组成。
(5)制备所得的三维间隔玻璃纤维多孔复合材料的孔隙率为40％，密度为1.2g/cm3。该材料的介电常数为2.2，介电损耗角正切为0.004。
实施例2：三维正交玻璃纤维增强多孔复合材料制备方法
(1)裁剪长宽高分别为：15cm×15cm×0.8cm的三维正交玻璃纤维织物，将三维正交玻璃纤维织物放置于模具中：将三维正交玻璃纤维织物置于上下两层尺寸相当的玻璃板之间，三维正交玻璃纤维织物的上面与上层玻璃板之间以及三维正交玻璃纤维织物的下面与下层玻璃板之间均设置聚四氟乙烯膜，玻璃板和聚四氟乙烯膜上涂覆上脱模剂(聚硅氧烷)，形成预制件，用真空密封塑料膜和密封胶带将预制件的四周密封，完成模具制备。
(2)配制低粘度树脂，选用环氧树脂(901-VP，上海富晨化工有限公司)，加入2wt％的(以树脂重量为基准)的固化剂(甲乙酮)，1wt％(以树脂重量为基准)的催化剂(异锌酸钴)和加入20wt％(以树脂重量为基准)的AGE对树脂进行稀释，充分搅拌使得树脂与稀释剂和固化剂均匀混合，得到粘度为100-200mPa.s。(采用旋转式粘度计在常温常压下测得)的低粘度树脂。
(3)在真空泵的辅助下将低粘度树脂和空气交替的抽入模具内，真空泵的压力为1个标准大气压，每抽5秒钟的树脂后抽2秒中的空气，不断的交替，使低粘度树脂渗透进入三维织物的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙，待树脂分布均匀后，继续保持空气的真空抽入，使多余的树脂随空气流抽出；
(4)在50°温度下预固化1小时，随后在70°温度下进行8小时的固化，固化完成后进行脱模，完成三维正交织物多孔复合材料的制备。
(5)制备所得的三维正交织物多孔复合材料的孔隙率为30％，密度为1.4g/cm3。该材料的介电常数为3，介电损耗角正切为0.006。

Claims (7)

1.一种三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括：首先将三维织物放置于模具中，在真空泵的辅助下将树脂和空气交替的抽入模具内，在将树脂和空气交替的抽入模具内时，树脂渗透进入三维织物的纱线内部并且多余树脂不停留于模具内从而防止堵塞纱线之间的空隙；通过调节树脂的粘度、真空泵的压力、以及树脂和空气的交替频率中的至少一种，来实现在将树脂和空气交替的抽入模具内时，三维织物增强多孔复合材料的中空度的调节；待树脂分布均匀后继续保持空气的真空抽入，使多余的树脂随空气流抽出，固化，脱模，得到三维织物增强多孔复合材料。
2.如权利要求1所述的三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，在将三维织物放置于模具中时，在织物的上下两面与模具之间放置脱模用材料；所述的脱模用材料为聚四氟乙烯膜、聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚乙烯薄膜，或带有聚四氟乙烯、聚酯、聚乙烯醇或聚乙烯涂层的表面光滑的膜状织物。
3.如权利要求1所述的三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述的三维织物为三维正交结构，三维角连锁结构，三维间隔织物，或缝合或者粘合而成的多层织物。
4.如权利要求1所述的三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述的树脂为热固性树脂。
5.如权利要求1所述的三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述的树脂中添加有树脂稀释剂，树脂稀释剂与树脂的重量比为10～60：100。
6.如权利要求1所述的三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述的树脂稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂。
7.如权利要求6所述的三维织物增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述的活性稀释剂为C12-14脂肪缩水甘油醚，丁基缩水甘油醚和1，4-丁二醇缩水甘油醚中的至少一种；所述的非活性稀释剂为无水乙醇和丙酮中的至少一种。
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