CN106113738B - 夹层结构复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了夹层结构复合材料及其制备方法。该复合材料包括空心玻璃微珠夹芯层以及位于所述空心玻璃微珠夹芯层相对两面的碳纤维蒙皮层；所述的空心玻璃微珠夹芯层由通过热熔法工艺制成的可铺放在平板或曲面的模具中的玻璃纤维预浸布热压固化而成，所述的碳纤维蒙皮层由通过热熔法预浸工艺制成的可铺放在平板或曲面的模具中的碳纤维预浸布热压固化而成；方法为先制备碳纤维预浸布，再制备出玻璃纤维预浸布，将碳纤维预浸布覆盖于玻璃纤维预浸布的两面，热压成型。本发明所述方法，工艺简单、操作方便、成本低，制备出的夹层复合材料密度低、重量轻、抗压强度高、弯曲性能优异、表面外观质量好。

Description

夹层结构复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及夹层结构复合材料技术领域，具体涉及一种含有空心玻璃微珠夹芯和碳纤维蒙皮的夹层结构复合材料及其制备方法。
背景技术
由轻质芯体隔开两块刚硬、坚固的蒙皮制成的结构件，增大了结构的惯性矩，得到一个抗弯曲和屈曲载荷的有效结构，称为夹层结构。蒙皮一般为连续纤维增强复合材料，主要承受由弯矩引起的面内拉应力、压应力和剪应力，芯体为蜂窝、聚合物泡沫、轻木等，它主要承受由横向力产生的剪应力并支持蒙皮不失去稳定性。经过优化结构设计，夹层结构可以起到减轻结构重量、增加结构刚度、提高结构强度等作用。
夹层结构虽然有很强的需求，但仍然没有广泛地运用在薄壁厚或三维曲面结构的部件中。这主要是因为：1、虽然蜂窝具有很高的抗压强度，但是这个特性只适用于一个方向，这决定了蜂窝夹层结构只能运用在近二维结构中。对于三维结构，由于蜂窝无法承受三维方向上的载荷，所以无法与各向同性材料竞争。另外蜂窝结构是开放结构，蜂窝芯材的夹心层板会出现凹坑，表面不平整，限制了其在芯材中的使用。此外蜂窝与蒙皮之间需要使用粘结胶膜，增加了重量，存在界面分离的风险，而且蜂窝芯材中还存在孔隙部分高吸水率、蜂窝扩展方向具有较低的剪切强度等不利因素。2、蜂窝是各向异性，而泡沫的力学性能是各向同性。在复杂的受力状态下，泡沫比蜂窝更能满足结构和强度要求，越来越多的应用考虑使用聚合物泡沫来代替蜂窝作为芯材。但是，作为替代材料也有其不利因素，需将蒙皮和泡沫塑料芯材分别成型，然后再将它们粘接或共固化成整体。如果需要薄壁厚的如0.3mm厚度具有一定曲面形状的中间芯材，需要利用复杂的机械设备把泡沫板材切出0.3mm左右的片材，然后加热到软化点以上预先弯曲使得泡沫芯材与模具形状吻合，再与蒙皮的材料复合，缺点是生产效率低，质量不易保证，此外能承受高温的泡沫如PMI、PPSU等价格居高不下也是限制高性能泡沫芯材夹层结构复合材料应用的一大因素。3、轻木作为芯材也存在缺点，不能成型薄壁厚的结构，也不能成型复杂的曲面结构部件。
发明内容
基于此，本发明提供一种含有低密度空心玻璃微珠夹芯和碳纤维蒙皮的夹层结构复合材料的制备方法，其工艺简单、操作方便、成本低，制备出的夹层结构复合材料密度低、重量轻、抗压强度高、弯曲性能优异、表面外观质量好。
本发明还提供一种夹层结构复合材料，其密度低、重量轻、抗压强度高、弯曲性能优异、表面外观质量好。可应用于3c电子产品、汽车结构件等有轻量化、纤薄化需求的领域。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种夹层结构复合材料，包括空心玻璃微珠夹芯层以及位于所述空心玻璃微珠夹芯层相对两面的碳纤维蒙皮层；所述的空心玻璃微珠夹芯层由通过热熔法工艺制成的可铺放在平板或曲面的模具中的玻璃纤维预浸布热压固化而成，所述的碳纤维蒙皮层由通过热熔法预浸工艺制成的可铺放在平板或曲面的模具中的碳纤维预浸布热压固化而成。
本发明还提供如下技术方案：
一种夹层结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供碳纤维单向纱或碳纤维编织布以及第一树脂基体，将碳纤维单向纱或碳纤维编织布在预设张力作用下引出，将所述第一树脂基体复合在碳纤维单向纱或碳纤维编织布的两面，形成夹芯层，通过热压辊将第一树脂基体熔融浸渍在碳纤维单向纱或碳纤维编织布中，形成碳纤维预浸布；
提供玻璃纤维布、空心玻璃微珠以及第二树脂基体，将所述空心玻璃微珠加入所述第二树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布在预设张力作用下引出，将所述第二树脂基体和空心玻璃微珠的混合物复合在玻璃纤维布的两面，形成夹芯层，通过热压辊将第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布；
取至少一层所述玻璃纤维预浸布为中间层，两面分别覆上至少一层所述碳纤维预浸布，铺在平板或曲面模具中，模具温度为100℃-200℃、压力为0.5Mpa-5Mpa，保温30min-90min，即得所述夹层结构复合材料。
在其中一些实施例中，所述第一树脂基体或所述第二树脂基体包括如下重量份的组分：树脂100份、固化剂5-35份、促进剂0.1-5份，所述的第一树脂基体或所述第二树脂基体的制备方法是将上述组分混合后在70℃-120℃加热搅拌。
在其中一些实施例中，所述树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂、双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂、酚醛类环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种混合物；所述的固化剂为热固化型潜伏固化剂，包括双氰胺及其衍生物、有机酸酰肼、BF3胺络合物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物中的一种或多种的混合物；所述的促进剂为咪唑类、咪唑金属盐络合物、有机脲类、叔胺、芳胺、酰肼和胍的衍生物等中的一种或多种的混合物。
作为优选，所述的树脂选自E-14、E-21、E-20、E44、E51、E54、CYD F-170、CYD F-180、CYD F-2004、F-44、F-48、F-51、F54中的一种或几种。
作为优选，所述的固化剂选自双氰胺及其衍生物、琥珀酸酰肼、己二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、水杨酸酰肼、丁二酸酰肼、癸二酸酰肼、间苯二酸二酰肼、对羟基苯甲酸酸酰肼、苯基氨基丙酸酰肼中的一种或多种的混合物。
作为优选，所述的促进剂选自于二甲基苄基胺、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚、三乙胺、二甲基乙醇胺、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、N－(3,4－二氯苯基)－N'，N'－二甲基脲(DCMU)、1-苄基-2-甲基咪唑或三氟化硼乙醚络合物中的一种或多种的混合物。
在其中一些实施例中，所述空心玻璃微珠经过表面处理，包括以下重量份的组分：空心玻璃微球100份、溶剂80-120份、硅烷偶联剂1-7份、表面活性剂0.2-1.2份，所述的空心玻璃微珠的制备方法是将上述组分混合后进行搅拌分散，得到混合液，将该混合液烘干，得到空心玻璃微珠。
在其中一些实施例中，所述空心玻璃微珠的粒径范围为10μm～120μm，中位粒径D50为40μm-65μm，真密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3。
在其中一些实施例中，所述的玻璃纤维布为平纹的电子级玻璃纤维布，所述电子级玻璃纤维布的克重为25g/m2-125g/m2，表面使用氨基硅烷进行处理。
在其中一些实施例中，所述的碳纤维单向纱或碳纤维编织布的克重为75g/m2-220g/m2。
在其中一些实施例中，所述的玻璃纤维预浸布中第二树脂基体的含量为20％-45％，所述的玻璃纤维预浸布中空心玻璃微珠的含量为15％-45％，所述的玻璃纤维预浸布中玻璃纤维的含量是30％-45％；所述玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压固化后的密度为0.6g/cm3-0.8g/cm3。
在其中一些实施例中，所述的碳纤维预浸布中第一树脂基体的含量为30％-45％。
本发明所述夹层结构复合材料是将空心玻璃微珠与玻璃纤维布和树脂结合合成柔性的低密度玻璃纤维预浸布，两面覆上碳纤维预浸布，加热固化后低密度玻璃纤维预浸布形成芯材，高强度碳纤维预浸布形成蒙皮，一起组成夹层结构复合材料。尽管芯材比蜂窝、泡沫或轻木芯重，但比相当厚度的树脂基纤维增强复合材料的密度要低得多。另外夹层复合结构发生破坏时，其破坏位置一般位于芯材与蒙皮的连接处，利用夹芯层和蒙皮层树脂基体一致或相匹配在加热过程中一起发生化学反应交联固化的特点，能够形成芯材和蒙皮一体化结构，更好地发挥夹层结构材料的性能。芯材和蒙皮都为厚度很薄可铺覆的预浸布，可以运用到具有复杂三维曲面结构的部件中并大规模量产，操作方便，生产工艺简单，制备出的夹层结构复合材料具有密度低、重量轻、抗压强度高、弯曲性能优异、表面外观质量好的优点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明所述的夹层结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供碳纤维单向纱或碳纤维编织布以及第一树脂基体，将碳纤维单向纱或碳纤维编织布在预设张力作用下引出，将所述第一树脂基体复合在碳纤维单向纱或碳纤维编织布的两面，形成夹芯层，通过热压辊将第一树脂基体熔融浸渍在碳纤维单向纱或碳纤维编织布中，形成碳纤维预浸布；
提供玻璃纤维布、空心玻璃微珠以及第二树脂基体，将所述空心玻璃微珠加入所述第二树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布在预设张力作用下引出，将所述第二树脂基体和空心玻璃微珠的混合物复合在玻璃纤维布的两面，形成夹芯层，通过热压辊将第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布；
取至少一层所述玻璃纤维预浸布为中间层，两面分别覆上至少一层所述碳纤维预浸布，铺在平板或曲面模具中，模具温度为100℃-200℃、压力为0.5Mpa-5Mpa，保温30min-90min，即得所述夹层结构复合材料。
其中，所述第一树脂基体或所述第二树脂基体包括如下重量份的组分：树脂100份、固化剂5-35份、促进剂0.1-5份，所述的第一树脂基体或所述第二树脂基体的制备方法是将上述组分混合后在70℃-120℃加热搅拌。
其中，所述树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂、双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂、酚醛类环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种混合物；所述的固化剂为热固化型潜伏固化剂，包括双氰胺及其衍生物、有机酸酰肼、BF3胺络合物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物中的一种或多种的混合物；所述的促进剂为咪唑类、咪唑金属盐络合物、有机脲类、叔胺、芳胺、酰肼和胍的衍生物等中的一种或多种的混合物。
作为优选，所述的树脂选自E-14、E-21、E-20、E44、E51、E54、CYDF-170、CYDF-180、CYDF-2004、F-44、F-48、F-51、F54中的一种或几种。
作为优选，所述的固化剂选自双氰胺及其衍生物、琥珀酸酰肼、己二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、水杨酸酰肼、丁二酸酰肼、癸二酸酰肼、间苯二酸二酰肼、对羟基苯甲酸酸酰肼、苯基氨基丙酸酰肼中的一种或多种的混合物。
作为优选，所述的固化剂选自于二甲基苄基胺、2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚、三乙胺、二甲基乙醇胺、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、N－(3,4－二氯苯基)－N'，N'－二甲基脲(DCMU)、1-苄基-2-甲基咪唑或三氟化硼乙醚络合物中的一种或多种的混合物。
其中，所述空心玻璃微珠经过表面处理，包括以下重量份的组分：空心玻璃微球100份、溶剂80-120份、硅烷偶联剂1-7份、表面活性剂0.2-1.2份，所述的空心玻璃微珠的制备方法是将上述组分混合后进行搅拌分散，得到混合液，将该混合液烘干，得到空心玻璃微珠。
其中，所述空心玻璃微珠的粒径范围为10μm～120μm，中位粒径D50为40μm-65μm，真密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3。
其中，所述的玻璃纤维布为平纹的电子级玻璃纤维布，所述电子级玻璃纤维布的克重为25g/m2-125g/m2，表面使用氨基硅烷进行处理。
其中，所述的碳纤维单向纱或碳纤维编织布的克重为75g/m2-220g/m2。
其中，所述的玻璃纤维预浸布中树脂的含量为20％-45％，所述的玻璃纤维预浸布中空心玻璃微珠的含量为15％-45％，所述的玻璃纤维预浸布中玻璃纤维的含量是30％-45％；所述玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压固化后的密度为0.6g/cm3-0.8g/cm3。
其中，所述的碳纤维预浸布中树脂的含量为30％-45％。
上述方法还可以是：
提供以下重量份的组分：空心玻璃微球100份、溶剂80-120份、硅烷偶联剂1-7份、表面活性剂0.2-1.2份，将上述组分混合后进行搅拌分散，得到混合液，将该混合液烘干，得到空心玻璃微珠；混合液的烘干温度为80℃-120℃；优选为空心玻璃微球100份、溶剂100份、硅烷偶联剂4份、表面活性剂0.8份。空心玻璃微珠的粒径范围为10μm～120μm，中位粒径D50为40μm-65μm，密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3。
提供以下重量份的组分：树脂100份、固化剂5-35份、促进剂0.1-5份，将上述组分混合并加热至70℃-120℃，搅拌混合均匀，得到树脂基体；还可以在该组分中加入助剂如消泡剂、稀释剂、增韧剂、阻燃剂、偶联剂等，根据树脂的种类及应用需求的不同而添加不同的助剂。树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂、双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂、酚醛类环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种混合物；所述的固化剂为热固化型潜伏固化剂，包括双氰胺及其衍生物、有机酸酰肼、BF3胺络合物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物中的一种或多种的混合物；所述的促进剂为咪唑类、咪唑金属盐络合物、有机脲类、叔胺、芳胺、酰肼和胍的衍生物等中的一种或多种的混合物。
提供碳纤维单向纱或碳纤维编织布，碳纤维单向纱或碳纤维编织布的克重为75g/m2-220g/m2，将碳纤维单向纱或碳纤维编织布在一定张力作用下引出，将所述树脂基体通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第一树脂胶膜，将两层第一树脂胶膜分别布设于碳纤维单向纱或碳纤维编织布的两面，与碳纤维单向纱或碳纤维编织布形成夹芯层，其中具有树脂基体的一面朝向碳纤维单向纱或碳纤维编织布，通过温度为70℃-140℃的热压辊加热树脂基体，使得树脂基体熔融浸渍在碳纤维单向纱或碳纤维编织布中，除去离型纸，形成碳纤维预浸布；还可在第一树脂胶膜的一面贴上PE膜，与碳纤维单向纱或碳纤维编织布结合前除去PE膜。其中，碳纤维预浸布中树脂基体的含量控制为30％-45％。
提供玻璃纤维布，玻璃纤维布为平纹的电子级玻璃纤维布，电子级玻璃纤维布的克重为25g/m2-125g/m2，表面使用氨基硅烷进行处理，将上述处理后的空心玻璃微珠加入树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布在一定张力作用下引出，将第二树脂基体和空心玻璃微珠的混合物通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第二树脂胶膜，将两层第二树脂胶膜复合于玻璃纤维布的两面，与玻璃纤维布形成夹芯层，通过温度为70℃-140℃的热压辊加热树脂基体，使得第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，除去离型纸，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布。还可在第二树脂胶膜的一面贴上PE膜，与玻璃纤维布结合前除去PE膜。玻璃纤维预浸布中树脂基体的含量控制在20％-45％，玻璃纤维预浸布中空心玻璃微珠的含量控制在15％-45％，玻璃纤维预浸布中玻璃纤维的含量控制在30％-45％。玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压固化后的密度为0.6g/cm3-0.8g/cm3。
取至少一层所述玻璃纤维预浸布为中间层，两面分别覆上至少一层所述碳纤维预浸布，铺在平板或曲面模具中，模具温度为100℃-200℃、压力为0.5Mpa-5Mpa，保温时间为30min-90min。，即得所述夹层结构复合材料。
由上述方法制成的夹层结构复合材料，包括空心玻璃微珠夹芯层以及位于所述空心玻璃微珠夹芯层相对两面的碳纤维蒙皮层；所述的空心玻璃微珠夹芯层由通过热熔法工艺制成的可铺放在平板或曲面的模具中的玻璃纤维预浸布热压固化而成，所述的碳纤维蒙皮层由通过热熔法预浸工艺制成的可铺放在平板或曲面的模具中的碳纤维预浸布热压固化而成。
以下将通过实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
本实施例所述的夹层结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供以下重量份的组分：中位粒径D50为40μm，真密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3的空心玻璃微球100重量份、酒精100重量份、硅烷偶联剂4重量份、氟碳表面活性剂0.8重量份加入到高速分散机中高速搅拌，搅拌速度为1500转/min，得到混合液；在100℃的烘箱中烘干得到处理的空心玻璃微珠。
提供以下重量份的组分：双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂E51 70份、双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂CYDF-170 20份，酚醛型环氧树脂F51 10份，双氰胺固化剂7份、促进剂DCMU(N－(3,4－二氯苯基)－N'，N'－二甲基脲)3份，将上述组分混合并加热至95℃温度，高速搅拌混合均匀，得到第一树脂基体。
提供以下重量份的组分：双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂E51 60份，E20 20份，双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂CYDF-180 20份、己二酸二酰肼固化剂26份、促进剂2-甲基咪唑1份，将上述组分混合并加热至100℃温度，高速搅拌混合均匀，得到第二树脂基体。
提供T300 3k斜纹200g/m2克重的碳纤维编织布，将碳纤维编织布在一定张力作用下引出，将第一树脂基体通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第一树脂胶膜，将两层第一树脂胶膜与碳纤维单向纱或碳纤维编织布形成夹芯层，通过温度为90℃的热压辊，使得第一树脂基体熔融浸渍在碳纤维单向纱或碳纤维编织布中，除去离型纸，形成碳纤维预浸布，其第一树脂基体的含量为35％；
提供1080玻璃纤维布，将空心玻璃微珠加入第二树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布在一定张力作用下引出，将第二树脂基体和空心玻璃微珠混合物通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第二树脂胶膜，将两层第二树脂胶膜与玻璃纤维布形成夹芯层，通过温度为100℃的热压辊，使得第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布，第二树脂基体的含量为33％，空心玻璃微珠的含量为31％，玻璃纤维的含量是36％。玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压固化后的密度为为0.71g/cm3。
取三层上述的玻璃纤维预浸布，叠合在一起，叠合后的相对两面分别覆上一层上述的碳纤维预浸布，置于平板模具中，放入温度为150℃、压力为3Mpa的热压机中保温60min，即得夹层结构复合板材。夹层结构复合板材的厚度为0.95mm，密度为1.11g/cm3。根据ASTM 790标准测试，板材弯曲强度为1050MPa，弯曲模量为60GPa，可以代替Mg合金，镁锂合金，用于轻量化结构。根据应用需求，也可将预浸布铺覆在三维曲面结构，制备相应的三维复杂部件。
由该方法制得的夹层结构复合材料，包括空心玻璃微珠夹芯层和两层碳纤维蒙皮层，两层碳纤维蒙皮层分别位于空心玻璃微珠夹芯层的两面。空心玻璃微珠夹芯层由三层玻璃纤维预浸布层热压固化而成，碳纤维蒙皮层分别由一层碳纤维预浸布热压固化而成。
实施例二
本实施例所述的夹层结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供以下重量份的组分：中位粒径D50为50μm，真密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3的空心玻璃微球100重量份、酒精100重量份、硅烷偶联剂4重量份、氟碳表面活性剂0.8重量份加入到高速分散机中高速搅拌，搅拌速度为1500转/min，得到混合液；在100℃的烘箱中烘干得到处理的空心玻璃微珠。
提供以下重量份的组分：双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂E51 70份，E20 30份、双氰胺固化剂8份、2-乙基-4-甲基咪唑1份，将上述组分混合并加热至90℃温度，高速搅拌混合均匀，得到树脂基体，第一树脂基体和第二树脂基体一致。
提供T700 100g/m2克重的碳纤维单向纱，将碳纤维单向纱或碳纤维编织布在一定张力作用下引出，将第一树脂基体通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第一树脂胶膜，将两层第一树脂胶膜与碳纤维单向纱或碳纤维编织布形成夹芯层，通过温度为90℃的热压辊，使得第一树脂基体熔融浸渍在碳纤维单向纱中，除去离型纸，形成碳纤维预浸布，其第一树脂基体的含量为36％；
提供1086玻璃纤维布，将空心玻璃微珠加入第二树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布在预设张力作用下引出，将所述第二树脂基体和空心玻璃微珠混合物通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第二树脂胶膜，将两层第二树脂胶膜与玻璃纤维布形成夹芯层，通过温度为100℃的热压辊，使得第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布，其中第二树脂基体的含量为31％，空心玻璃微珠的含量为34％，玻璃纤维的含量是35％。玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压固化后的密度为0.8g/cm3。
取两层上述的玻璃纤维预浸布，叠合在一起，叠合后的相对两面分别覆上两层上述的碳纤维单向预浸布，两层单向预浸布垂直交叉铺层，置于平板模具中，放入温度为180℃、压力为2Mpa的热压机中保温70min，即得夹层结构复合板材。夹层结构复合板材的厚度为0.7mm，密度为1.25g/cm3。根据ASTM 790标准测试，板材弯曲强度为1130MPa，弯曲模量为70GPa，可以代替Mg合金，镁锂合金，铝合金，用于轻量化结构。根据应用需求，也可将预浸布铺覆在三维曲面结构，制备相应的三维复杂部件。
由该方法制得的夹层结构复合材料，包括空心玻璃微珠夹芯层和两层碳纤维蒙皮层，两层碳纤维蒙皮层分别位于空心玻璃微珠夹芯层的两面。空心玻璃微珠夹芯层由两层玻璃纤维预浸布层热压固化而成，碳纤维蒙皮层分别由两层单向碳纤维预浸布热压固化而成。
实施例三
本实施例所述的夹层结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：
提供以下重量份的组分：中位粒径D50为65μm，密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3的空心玻璃微球100重量份、酒精100重量份、硅烷偶联剂4重量份、氟碳表面活性剂0.8重量份加入到高速分散机中高速搅拌，搅拌速度为1500转/min，得到混合液；在100℃的烘箱中烘干得到处理的空心玻璃微珠。
提供以下重量份的组分：双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂E54 50份、双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂CYDF-180 50份，间苯二甲酸二酰肼固化剂23份、促进剂2-甲基咪唑2份，将上述组分混合并加热至110℃温度，高速搅拌混合均匀，得到第一树脂基体。
提供以下重量份的组分：双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂CYDF-180 80份、酚醛类环氧树脂F54 20份，丁二酸酰肼固化剂30份、二甲基苄基胺促进剂5份，增韧剂端羧基丁腈橡胶(CTBN)2份，将上述组分混合并加热至85℃温度，高速搅拌混合均匀，得到第二树脂基体。
提供T400 150g/m2克重的碳纤维平纹编织布在一定张力作用下引出，将第一树脂基体通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第一树脂胶膜，将两层第一树脂胶膜与碳纤维编织布形成夹芯层，通过温度为90℃的热压辊，使得第一树脂基体熔融浸渍在碳纤维编织布中，除去离型纸，形成碳纤维预浸布，其第一树脂基体的含量为40％；
提供2116玻璃纤维布，将空心玻璃微珠加入第二树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布在预设张力作用下引出，将所述第二树脂基体和空心玻璃微珠混合物通过涂胶辊涂覆在离型纸上形成第二树脂胶膜，将两层第二树脂胶膜与玻璃纤维布形成夹芯层，通过温度为100℃的热压辊，使得第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布，其中第二树脂基体的含量为35％，空心玻璃微珠的含量为28％，玻璃纤维的含量是37％。玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压固化后的密度为0.79g/cm3。
取5层上述的玻璃纤维预浸布，叠合在一起，叠合后的相对两面分别覆上两层上述的碳纤维编织布，置于平板模具中，放入温度为160℃、压力为4Mpa的热压机中保温90min，即得夹层结构复合板材。得到的夹层结构复合板材的厚度为1.4mm，密度为0.93g/cm3。根据ASTM 790标准测试，板材弯曲强度为900MPa，弯曲模量为45GPa，可以代替Mg合金，镁锂合金，铝合金，用于轻量化结构。根据应用需求，也可将预浸布铺覆在三维曲面结构，制备相应的三维复杂部件。其密度小于水，可以应用于水上的一些特殊器件。
由该方法制得的夹层结构复合材料，包括空心玻璃微珠夹芯层和两层碳纤维蒙皮层，两层碳纤维蒙皮层分别位于空心玻璃微珠夹芯层的两面。空心玻璃微珠夹芯层由五层玻璃纤维预浸布层热压固化而成，碳纤维蒙皮层分别由一层碳纤维编织预浸布热压固化而成。
上述制备方法中，树脂、固化剂、促进剂的组分含量是按照不同的树脂而定的，因树脂有多种组合方法，因此，固化剂和促进剂的量不能一一在范围内进行例举，但均包含在本发明的保护范围之内。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供碳纤维单向纱或碳纤维编织布以及第一树脂基体，将碳纤维单向纱或碳纤维编织布引出，将所述第一树脂基体复合在碳纤维单向纱或碳纤维编织布的两面，形成夹芯层，通过热压辊将第一树脂基体熔融浸渍在碳纤维单向纱或碳纤维编织布中，形成碳纤维预浸布；
提供玻璃纤维布、空心玻璃微珠以及第二树脂基体，将所述空心玻璃微珠加入所述第二树脂基体内，充分混合，将玻璃纤维布引出，将所述第二树脂基体和空心玻璃微珠的混合物复合在玻璃纤维布的两面，形成夹芯层，通过热压辊将第二树脂基体与空心玻璃微珠的混合物熔融浸渍在玻璃纤维布中，形成含空心玻璃微珠的玻璃纤维预浸布；
取至少一层所述玻璃纤维预浸布为中间层，两面分别覆上至少一层所述碳纤维预浸布，铺在平板或曲面模具中，模具温度为100℃-200℃、压力为0.5Mpa-5Mpa，保温30min-90min，即得所述夹层结构复合材料。
2.根据权利要求1所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一树脂基体或所述第二树脂基体包括如下重量份的组分：树脂100份、固化剂5-35份、促进剂0.1-5份，所述的第一树脂基体或所述第二树脂基体的制备方法是将上述组分混合后在70℃-120℃加热搅拌。
3.根据权利要求2所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂、双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂、酚醛型环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种混合物；所述的固化剂为热固化型潜伏固化剂，包括双氰胺及其衍生物、有机酸酰肼、BF3胺络合物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物中的一种或多种的混合物；所述的促进剂为咪唑类、咪唑金属盐络合物、有机脲类、叔胺、芳胺、酰肼和胍的衍生物中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述空心玻璃微珠经过表面处理，包括以下重量份的组分：空心玻璃微球100份、溶剂80-120份、硅烷偶联剂1-7份、表面活性剂0.2-1.2份；所述的空心玻璃微珠的制备方法是将上述组分混合后进行搅拌分散，得到混合液，将该混合液烘干，得到空心玻璃微珠。
5.根据权利要求1或4所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径范围为10μm～120μm，中位粒径D50为40μm-65μm，真密度为0.1g/cm3～0.5g/cm3。
6.根据权利要求1所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述的玻璃纤维布为平纹的电子级玻璃纤维布，所述电子级玻璃纤维布的克重为25g/m2-125g/m2，表面使用氨基硅烷进行处理。
7.根据权利要求1所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纤维单向纱或碳纤维编织布的克重为75g/m2-220g/m2。
8.根据权利要求1所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述的玻璃纤维预浸布中第二树脂基体的含量为20％-45％，所述的玻璃纤维预浸布中空心玻璃微珠的含量为15％-45％，所述的玻璃纤维预浸布中玻璃纤维的含量是30％-45％；所述玻璃纤维预浸布在与碳纤维预浸布结合之前热压后的密度为0.6g/cm3-0.8g/cm3。
9.根据权利要求1所述的夹层结构复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纤维预浸布中第一树脂基体的含量为30％-45％。
10.一种夹层结构复合材料，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的方法制备而成。
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