CN106317770A - 预浸料、其制备方法及复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预浸料、其制备方法及复合材料。该预浸料为包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物。本发明提供了一种包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物的预浸料，上述膨胀微球的外壳为热塑性材料，内部填充有发泡剂，从而使得膨胀微球与空心微球相比具有更大的密度，进而提高了混合胶液的稳定性；并且，由于预浸料中具有一定重量百分比的膨胀微球，从而通过减少预浸料中其他介质材料的含量，并由于其他介质材料的介电常数高于膨胀微球的介电常数，因此也降低了预浸料的介电常数和介电损耗。
Description
技术领域
本发明涉及预浸料制备技术领域，具体而言，涉及一种预浸料、其制备方法及复合材料。
背景技术
预浸料是制备纤维增强树脂基复合材料的半成品(中间基材)，其质量的好坏直接决定着复合材料产品构件的性能优劣。目前预浸料的生产工艺主要有湿法和干法两种。湿法也叫溶液浸渍法，其需要使用大量挥发性溶剂。干法也叫热熔法，具有生产效率高、预浸料中树脂含量的可控性强、低挥发份、外观质量好以及综合性能优异等特点，已成为国内外复合材料行业的研究热点和应用趋势。
现有技术中为了最大限度降低复合材料重量，通常在复合材料中加入空心微球以形成轻质复合材料。
但是，将上述空心微球用于制备预浸料时，通常有以下两个缺点：1)空心微球在预浸料的加工过程中很容易遭受破坏；2)在预浸料的制备过程中，由于空心微球具有很低的密度，从而在易飘浮于混合胶液中，进而导致混合胶液不稳定。针对上述问题，目前还没有有效的解决方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种预浸料、其制备方法及复合材料，以提高混合胶液的稳定性。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种预浸料，该预浸料为包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物，膨胀微球的外壳为热塑性材料，膨胀微球的内部填充有发泡剂，且在预浸料中，膨胀微球的重量百分比为2～10wt％。
进一步地，在预浸料中，膨胀微球的重量百分比为5～6wt％。
进一步地，在预浸料中，环氧树脂、膨胀微球和纤维体的重量配比为1：0.05～0.15：0.01～0.15。
进一步地，在预浸料中，膨胀微球的直径为5～50μm。
进一步地，环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线性酚醛环氧树脂和改性型环氧树脂中的任一种或多种。
进一步地，纤维体的形状为为纤维束或纤维织物，且纤维体的种类为麻纤维、碳纤维、玻璃纤维、丙纶、芳纶和玄武岩纤维中的任一种或多种。
进一步地，膨胀微球的外壳为1,1-二氯乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物或丙烯酸系共聚物，膨胀微球内部的发泡剂为异丁烷或异戊烷等烃类。
根据本发明的另一方面，提供了一种复合材料，该复合材料通过对上述的预浸料进行固化后获得。
根据本发明的另一方面，提供了一种预浸料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将环氧树脂和膨胀微球混合均匀，形成混合胶液，膨胀微球的外壳为热塑性材料，膨胀微球的内部填充有发泡剂，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为2～10wt％；以及将纤维体和混合胶液进行浸渍处理以形成预浸料。
进一步地，形成混合胶液的步骤包括：将膨胀微球加入熔融的环氧树脂，并搅拌均匀以形成混合胶液。
进一步地，熔融的环氧树脂通过在50℃～150℃的条件下进行加热制备而成。
进一步地，浸渍处理的步骤包括：把混合胶液放入胶膜机中进行成胶以形成胶膜；把纤维体和胶膜放入含浸机后进行连续热压以形成预浸料。
进一步地，连续热压的步骤中，热压温度为50～150℃，热压压力为5～15kg/cm2。
进一步地，成胶的步骤中，成胶温度为50℃～150℃。
进一步地，形成混合胶液的步骤包括：将环氧树脂用溶剂溶解后，加入膨胀微球并搅拌均匀以形成混合胶液。
进一步地，浸渍处理的步骤包括：将混合胶液置于含浸机的胶槽中；以及将纤维体连续穿过胶槽中的混合胶液后，进行烘烤处理。
进一步地，在混合胶液中膨胀微球的重量百分比为5～6wt％。
进一步地，环氧树脂的粘度为10000～40000CPS。
应用本发明的技术方案，本发明提供了一种包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物的预浸料，上述膨胀微球的外壳为热塑性材料，内部填充有发泡剂，从而使得膨胀微球与空心微球相比具有更大的密度，从而减少了在制备该预浸料的过程中膨胀微球在混合胶液中的漂浮，提高了混合胶液的稳定性，进一步由于膨胀微球具有更大的密度，从而提高了预浸料的机械强度；并且，由于预浸料中具有一定重量百分比的膨胀微球，从而通过减少预浸料中其他介质材料的含量，且由于其他介质材料的介电常数高于膨胀微球的介电常数，因此也降低了预浸料的介电常数和介电损耗。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施方式所提供的预浸料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
由背景技术可知，在现有预浸料的制备方法中空心微球在加工过程中很容易被破坏，且制备预浸料的混合胶液不稳定。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种预浸料。该预浸料为包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物，膨胀微球的外壳为热塑性材料，膨胀微球的内部填充有发泡剂，且在预浸料中，膨胀微球的重量百分比为2～10wt％。
由于预浸料中具上述重量百分比的膨胀微球，利用膨胀微球的外壳为热塑性材料、内部为发泡剂，使得膨胀微球与空心微球相比具有更大的密度，从而减少了在制备该预浸料的过程中膨胀微球在混合胶液中的漂浮，提高了混合胶液的稳定性，进一步由于膨胀微球具有更大的密度，从而提高了预浸料的机械强度；并且，由于预浸料中具有一定量的膨胀微球，从而通过减少预浸料中其他介质材料的含量，且由于其他介质材料的介电常数高于膨胀微球的介电常数，因此也降低了预浸料的介电常数和介电损耗。
在本发明的上述预浸料中,膨胀微球的重量百分比和直径可以根据实际需求进行设定，优选地，在预浸料中膨胀微球的重量百分比为5～6wt％，且膨胀微球的直径为5～50μm。上述优选的参数范围能够使预浸料具有较低的介电常数和介电损耗。
在本申请上述的预浸料中，环氧树脂、膨胀微球和纤维体的重量比可以根据实际需求进行设定，在一种优选的实施方式中，环氧树脂、膨胀微球和纤维体的重量比为1：0.05～0.15：0.01～0.15，优选为1：0.05～0.1：0.01～0.05。上述优选的重量比能够使该预浸料具有更低的介电常数和介电损耗。
在本发明的上述预浸料中,膨胀微球是一种非传统的物理发泡剂，由热塑性材料所形成的外壳和内包的发泡剂组成。优选地，膨胀微球的外壳为1,1-二氯乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物或丙烯酸系共聚物，内部的发泡剂为异丁烷或异戊烷等烃类，且发泡剂的沸点在膨胀微球外壳的软化点以下。加热后微球可以膨胀40倍～100倍，低温冷却后可以固化，并且具有稳定的发泡特性。
根据本发明的另一方面，提供了一种预浸料的制备方法，如图1所示，该制备方法包括以下步骤：将环氧树脂和膨胀微球混合均匀以形成混合胶液，膨胀微球的外壳为热塑性材料，膨胀微球的内部填充有发泡剂，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为2～10wt％；将纤维体和混合胶液进行浸渍处理以形成预浸料。
上述制备方法通过将环氧树脂和膨胀微球混合均匀以形成混合胶液，并利用膨胀微球的外壳为热塑性材料、内部为发泡剂，使得膨胀微球与空心微球相比具有更大的密度的性质，从而减少了膨胀微球在混合胶液中的漂浮，提高了混合胶液的稳定性，进一步由于膨胀微球具有更大的密度，从而提高了预浸料的机械强度；并且，由于预浸料中具有一定重量百分比的膨胀微球，从而通过减少预浸料中其他介质材料的含量，并由于其他介质材料的介电常数高于膨胀微球的介电常数，降低了预浸料的介电常数和介电损耗。
下面将更详细地描述根据本发明提供的预浸料的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，将环氧树脂和膨胀微球混合均匀以形成混合胶液，混合胶液中膨胀微球的重量百分比为2～10wt％。膨胀微球是一种非传统的物理发泡剂，由热塑性材料所形成的外壳和内包的发泡剂组成。优选地，膨胀微球的外壳为1,1-二氯乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物或丙烯酸系共聚物，内部的发泡剂为异丁烷或异戊烷等烃类，且发泡剂的沸点在膨胀微球外壳的软化点以下。加热后微球可以膨胀40倍～100倍，低温冷却后可以固化，并且具有稳定的发泡特性。由于上述膨胀微球的外壳为热塑性材料、内部为发泡剂，使得膨胀微球与空心微球相比具有更大的密度的性质，从而减少了膨胀微球在混合胶液中的漂浮，进而提高了混合胶液的稳定性。
上述混合胶液中膨胀微球所占的重量百分比和膨胀微球的直径可以根据实际需求进行设定，优选地，在混合胶液中膨胀微球的重量百分比为5～6wt％，且膨胀微球的直径为5～50μm。上述优选的参数范围能够使最终形成的预浸料具有较低的介电常数和介电损耗。同时，上述混合胶液中环氧树脂的粘度也可以根据实际需求进行设定，优选地，环氧树脂的粘度为10000～40000CPS。上述优选的粘度范围能够使环氧树脂更好的与膨胀微球进行混合。
形成该混合胶液的方法有很多种，在一种优选的实施方式中，形成混合胶液的步骤包括：将环氧树脂进行热熔后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液。上述热熔步骤使环氧树脂和膨胀微球能够更好的进行混合。本领域的技术人员可以根据实际工艺需求选择合适的热熔的工艺参数，优选地，热熔的步骤中，在50℃～150℃的条件下进行热熔。上述优选的参数范围能够使环氧树脂和膨胀微球进一步更好地混合在一起，进一步提高了混合胶液的稳定性。
在另一种优选的实施方式中，形成混合胶液的步骤包括：将环氧树脂用溶剂溶解后，加入膨胀微球并搅拌均匀以形成混合胶液。上述溶剂可以为本领域常用有机溶剂，优选地，该溶剂选自甲醇、乙醇、丁醇等醇类，乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、乙二醇-甲醚、二乙二醇乙醚、丙酮、丁酮、甲基乙基甲酮、甲基异丁基甲酮、环己酮等酮类，甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳香族烃类，乙氧基乙基乙酸酯、醋酸乙酯等酯类，N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮等含氮类溶剂中的任一种或多种混合使用。
完成将环氧树脂和膨胀微球混合均匀以形成混合胶液的步骤之后，将纤维体和混合胶液进行浸渍处理以形成预浸料。该纤维体的材料可以根据现有技术进行选择，在一种优选的实施方式中，纤维体的形状为纤维束或纤维织物，且纤维体的种类为麻纤维、碳纤维、玻璃纤维、丙纶、芳纶和玄武岩纤维中的任一种或多种。更为优选地，纤维体为无捻芳纶纤维束、平纹石英纤维布或单向石英纤维布。
将纤维体和混合胶液进行浸渍处理以形成预浸料的方法有很多种，且形成预浸料的方法与混合胶液的种类相关。当混合胶液是通过将环氧树脂进行热熔后，加入膨胀微球并搅拌均匀形成时，在一种优选的实施方式中，浸渍处理的步骤包括：把混合胶液放入胶膜机中进行成胶以形成胶膜；把纤维体和胶膜放入含浸机后进行连续热压以形成预浸料。本领域的技术人员可以根据实际工艺需求选择合适的浸渍处理的工艺参数，优选地，成胶的步骤中，成胶温度为50℃～150℃，且在连续热压的步骤中，热压温度为50～150℃，热压压力为5～15kg/cm2。上述优选的参数范围能够使纤维体更好地浸润进入胶膜中形成预浸料。
当混合胶液是通过将环氧树脂用溶剂溶解后，加入膨胀微球并搅拌均匀形成时，优选地，浸渍处理的步骤包括：将混合胶液置于含浸机的胶槽中；将纤维体连续穿过胶槽中的混合胶液后，进行烘烤处理以去除溶剂。
下面将结合实施例进一步说明本申请提供的预浸料的制备方法。
实施例1
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为20000CPS的双酚A型环氧树脂在70℃下热熔后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中膨胀微球的直径为10μm，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为5wt％；把混合胶液放入胶膜机中在80℃下进行成胶以形成胶膜；最后把无捻芳纶纤维束和上述胶膜放入含浸机后在热压温度为100℃、热压压力为10kg/cm2的条件下进行连续热压以形成预浸料，其中，双酚A型环氧树脂、膨胀微球和无捻芳纶纤维束的重量配比为1：0.05：0.01。
实施例2
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为10000CPS的双酚A型环氧树脂在50℃下热熔后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中膨胀微球的直径为5μm，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为2wt％；把混合胶液放入胶膜机中在50℃下进行成胶以形成胶膜；最后把平纹石英纤维布和上述胶膜放入含浸机后在热压温度为50℃、热压压力为5kg/cm2的条件下进行连续热压以形成预浸料，其中，双酚A型环氧树脂、膨胀微球和平纹石英纤维布的重量配比为1：0.15：0.15。
实施例3
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为40000CPS的改性型环氧树脂进行在150℃下热熔后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中膨胀微球的直径为30μm，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为6wt％；把混合胶液放入胶膜机中在150℃下进行成胶以形成胶膜；最后把单向石英纤维布和上述胶膜放入含浸机后在热压温度为150℃、热压压力为15kg/cm2的条件下进行连续热压以形成预浸料，其中，改性型环氧树脂、膨胀微球和单向石英纤维布的重量配比为1：0.1：0.05。
实施例4
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为20000CPS的双酚A型环氧树脂用溶剂溶解后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中膨胀微球的直径为50μm，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为10wt％；将混合胶液置于含浸机的胶槽中；最后将无捻芳纶纤维束连续穿过胶槽中的混合胶液后，进行烘烤处理以去除溶剂以形成预浸料，其中，双酚A型环氧树脂、膨胀微球和无捻芳纶纤维束的重量配比为1：0.15：0.15。
实施例5
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为40000CPS的改性型环氧树脂进行在150℃下热熔后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中膨胀微球的直径为30μm，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为10wt％；把混合胶液放入胶膜机中在150℃下进行成胶以形成胶膜；最后把单向石英纤维布和上述胶膜放入含浸机后在热压温度为150℃、热压压力为15kg/cm2的条件下进行连续热压以形成预浸料，其中，改性型环氧树脂、膨胀微球和单向石英纤维布的重量配比为1：0.1：0.05。
实施例6
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为40000CPS的改性型环氧树脂进行在150℃下热熔后加入膨胀微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中膨胀微球的直径为30μm，且混合胶液中膨胀微球的重量百分比为6wt％；把混合胶液放入胶膜机中在150℃下进行成胶以形成胶膜；最后把单向石英纤维布和上述胶膜放入含浸机后在热压温度为150℃、热压压力为15kg/cm2的条件下进行连续热压以形成预浸料，其中，改性型环氧树脂、膨胀微球和单向石英纤维布的重量配比为1：0.2：0.2。
对比例1
本实施例提供的预浸料的制备方法的步骤包括：
将粘度为30000CPS的双酚A型环氧树脂用溶剂溶解后加入空心玻璃微球，并搅拌均匀以形成混合胶液，其中空心玻璃微球的直径为30μm，且混合胶液中空心玻璃微球的重量百分比为10wt％；最后将将环氧树脂、空心玻璃微球和麻纤维热挤压成型得到预浸料，其中，双酚A型环氧树脂、膨胀微球和麻纤维的重量配比为1：0.1：0.05。
应用介电常数测试仪(由日本AET公司生产)对上述实施例1至6和对比例1提供的预浸料进行介电常数和介电损耗的测试，测试结果如表1所示。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | |
| 介电常数 | 2.14 | 2.21 | 2.07 | 2.11 | 2.22 | 2.25 | 4.55 |
| 介电损耗 | 0.004 | 0.007 | 0.003 | 0.003 | 0.007 | 0.008 | 0.028 |
从表1中可以看出，对比例1得到的光伏组件的介电常数仅为4.55，和介电损耗仅为0.028；而实施例1至6制备的预浸料的介电常数和介电损耗分别为2.07～2.25和0.003～0.008，均明显低于对比例1得到的预浸料的介电常数和介电损耗。
本发明提供了一种包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物的预浸料，上述膨胀微球的外壳为热塑性材料，内部填充有发泡剂，从而使得膨胀微球与空心微球相比具有更大的密度，减少了在制备该预浸料的过程中膨胀微球在混合胶液中的漂浮，提高了混合胶液的稳定性，进一步由于膨胀微球具有更大的密度，从而提高了预浸料的机械强度；并且，由于预浸料中具有一定重量百分比的膨胀微球，从而通过减少预浸料中其他介质材料的含量，且由于其他介质材料的介电常数高于膨胀微球的介电常数，因此也降低了预浸料的介电常数和介电损耗；并且，由于该预浸料的制备方法不是通过热挤压而成型，从而使制备的预浸料能够直接用来做形状复杂的天线。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种预浸料，其特征在于，所述预浸料为包括环氧树脂、膨胀微球和纤维体的浸渍复合物，所述膨胀微球的外壳为热塑性材料，所述膨胀微球的内部填充有发泡剂，且在所述预浸料中，所述膨胀微球的重量百分比为2～10wt％。
2.根据权利要求1所述的预浸料，其特征在于，在所述预浸料中，所述膨胀微球的重量百分比为5～6wt％。
3.根据权利要求1所述的预浸料，其特征在于，在所述预浸料中，所述环氧树脂、所述膨胀微球和所述纤维体的重量配比为1：0.05～0.15：0.01～0.15。
4.根据权利要求1所述的预浸料，其特征在于，在所述预浸料中，所述膨胀微球的直径为5～50μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的预浸料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线性酚醛环氧树脂和改性型环氧树脂中的任一种或多种。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的预浸料，其特征在于，所述纤维体的形状为纤维束或纤维织物，且所述纤维体的种类为麻纤维、碳纤维、玻璃纤维、丙纶、芳纶和玄武岩纤维中的任一种或多种。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的预浸料，其特征在于，所述膨胀微球的外壳为1,1-二氯乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物或丙烯酸系共聚物，所述膨胀微球内部的所述发泡剂为异丁烷或异戊烷等烃类。
8.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料通过对权利要求1至7中任一项所述的预浸料进行固化后获得。
9.一种预浸料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂和膨胀微球混合均匀，形成混合胶液，所述膨胀微球的外壳为热塑性材料，所述膨胀微球的内部填充有发泡剂，且所述混合胶液中所述膨胀微球的重量百分比为2～10wt％；以及
将纤维体和所述混合胶液进行浸渍处理以形成所述预浸料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，形成所述混合胶液的步骤包括：将所述膨胀微球加入熔融的所述环氧树脂，并搅拌均匀以形成所述混合胶液。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述熔融的环氧树脂通过在50℃～150℃的条件下进行加热制备而成。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍处理的步骤包括：
把所述混合胶液放入胶膜机中进行成胶以形成胶膜；
把所述纤维体和所述胶膜放入含浸机后进行连续热压以形成所述预浸料。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述连续热压的步骤中，热压温度为50～150℃，热压压力为5～15kg/cm2。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述成胶的步骤中，成胶温度为50℃～150℃。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，形成所述混合胶液的步骤包括：将所述环氧树脂用溶剂溶解后，加入所述膨胀微球并搅拌均匀以形成所述混合胶液。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍处理的步骤包括：
将所述混合胶液置于含浸机的胶槽中；以及
将所述纤维体连续穿过所述胶槽中的所述混合胶液后，进行烘烤处理。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述混合胶液中所述膨胀微球的重量百分比为5～6wt％。
18.根据权利要求9至16中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂的粘度为10000～40000CPS。
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