CN107901449A - 一种轻质高强的高能胶‑硬质泡沫的复材结构的制备方法 - Google Patents
一种轻质高强的高能胶‑硬质泡沫的复材结构的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种轻质高强的高能胶‑硬质泡沫的复材结构的制备方法。先裁剪高能胶、纤维预浸布和硬质泡沫；用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹纤维预浸布；将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于100‑200℃加热10‑60分钟，制品中的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；然后对成型好的模具进行冷却操作，开模即可取出高能胶‑硬质泡沫的复材结构；所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度。所述高能胶‑硬质泡沫的复材结构具有轻质高强的效果，可用于航空航天、新能源汽车等需要轻质高强复材的领域。
Description
技术领域
本发明涉及纤维复材成型领域，尤其涉及一种轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备方法。
背景技术
现有的硬质泡沫复合材料制备方法为：硬质泡沫CNC切割，刷涂粘接胶或者贴胶片，然后包裹碳纤维布，再放入磨具，成型，冷却。现有技术存在以下缺点：1、需要切割成固定形状，因而需要CNC设备，生产成本大；2、制品强度不高，所有的强度取决于模压，层间结合力不高；层间批次的不稳定性，造成外观不稳定，纤维材料间结合不均匀；3、需要胶接层，胶接层无膨胀力，影响制品层间结合力，导致品质不稳定，不良率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质高强的高能胶-硬质泡沫的纤维复材的制备方面，其特征在于，
裁切：裁剪高能胶、纤维预浸布和硬质泡沫；
卷制品预型：用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹纤维预浸布；
入模成型：将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于100-200℃加热10-60分钟，制品内的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；
冷却脱模：对成型好的模具进行冷却操作，冷却至20-80℃温度，开模取出高能胶-硬质泡沫的复材结构；
所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，也即硬质泡沫经过高能胶膨胀挤压后的形变范围为0.1-10％。
进一步，所述高能胶是指在一定温度范围内可以启动膨胀的复合材料，启动膨胀温度60-100℃，最佳膨胀温度范围100-200℃，失效膨胀温度大于200℃，受热维持时间1-60分钟，在最佳膨胀温度范围100-200℃内膨胀前后体积倍率1-50倍，膨胀后产生的压力范围0.1-20MPa；膨胀成型前，高能胶的密度为0.3-1.2g/cm3。
进一步，所述硬质泡沫为PMI、PI、PVC、PU、EVA或PET。
本发明高能胶的膨胀力的控制选择范围为：高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度。高能胶的最大膨胀强度若小于硬质泡沫0.1％压缩变形的抗压强度，则不能有足够的膨胀力向高能胶四周施压，导致制品无法填充充满模腔，同时导致与硬质泡沫的界面结合力不够，致使制品层间结合力不佳，造成强度下降，容易脱层；高能胶的最大膨胀强度若大于硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，过大的膨胀力向四周膨胀时，挤压内部的硬质泡沫产生显著的压缩变形，硬质泡沫结构坍塌影响制品的均一性，导致品质不稳定。
本发明所述轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构结构为：内层硬质泡沫，中间包裹高能胶，外层为纤维预浸布。
有益效果：
1、本发明制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构，当高能胶膨胀成型后，可以进一步降低制品的密度；
2、高能胶加热后由内向外的膨胀力可提高纤维预浸布的层间结合力，从而提高硬质泡沫复材的强度；
3、高能胶自身除了具有受热膨胀外，还具备粘接的性能，通过高能胶膨胀粘接硬质泡沫和纤维预浸布，取代原先的胶接层；
4、高能胶加热后的膨胀可弥补硬质泡沫外观不平整饱满的缺陷，获得高品质外观的复材制品。
5、高能胶和硬质泡沫同时存在，既保持了硬质泡沫的轻质高强的特性，又弥补成型过程没有内膨胀力的挤压作用，同时高能胶可以取代硬质泡沫与纤维预浸布之间的胶接层。
由于本发明所得的高能胶-硬质泡沫的复材结构具有轻质高强的效果，可用于航空航天、新能源汽车等轻质高强部件领域。
附图说明
图1是本发明所述轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的截面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
以下实施例的高能胶采用厦门市豪尔新材料股份有限公司生产的高能胶,具体型号为HR-312-W，HR-313，或HR-318；所述硬质泡沫采用PMI、PI、PVC、PU、EVA或PET均可。
以下实施例结合附图1的示意图来说明。其中1是上模具，2是纤维预浸布，3是高能胶，4是硬质泡沫，5是下模具。
实施例1：轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备：
裁切：裁剪高能胶、纤维预浸布和硬质泡沫；
卷制品预型：用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹纤维预浸布；
入模成型：将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于100℃加热60分钟，制品内的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；
冷却脱模：对成型好的模具进行冷却操作，冷却至20-80℃温度，开模取出高能胶-硬质泡沫的复材结构；
所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，也即硬质泡沫经过高能胶膨胀挤压后的形变范围为0.1-10％。
在其他条件一样的情况对比有无添加高能胶的制品，其中未添加高能胶的制品(结构为纤维预浸布包裹内层硬质泡沫)采用刷环氧树脂胶的方式进行粘接，本发明的制品密度为0.6g/cm3,对比样品的密度为0.8g/cm3,可见相同尺寸的样品，重量更轻；对其三点弯曲进行测试，参考标准GBT 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法,本实施制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量为121±10MPa，未添加高能胶的制品弯曲弹性模量为32±8MPa。可以看出，采用本实施例方法制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量大大增加。
实施例2：轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备
裁切：裁剪高能胶、纤维预浸布和硬质泡沫；
卷制品预型：用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹纤维预浸布；
入模成型：将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于200℃加热10分钟，制品内的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；
冷却脱模：对成型好的模具进行冷却操作，冷却至20-80℃温度，开模取出高能胶-硬质泡沫的复材结构；
所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，也即硬质泡沫经过高能胶膨胀挤压后的形变范围为0.1-10％。
在其他条件一样的情况对比有无添加高能胶的制品，其中未添加高能胶的制品(结构为纤维预浸布包裹内层硬质泡沫)采用刷环氧树脂胶的方式进行粘接，本发明的制品密度为0.5g/cm3,对比样品的密度为0.8g/cm3,可见相同尺寸的样品，重量更轻；对其三点弯曲进行测试，参考标准GBT 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法,本实施制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量为152±12MPa，未添加高能胶的制品弯曲弹性模量为40±7MPa。可以看出，采用本实施例方法制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量大大增加。
实施例3：轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备
轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备：
裁切：裁剪高能胶HR-313、纤维预浸布和硬质泡沫；
卷制品预型：用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹纤维预浸布；
入模成型：将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于120℃加热40分钟，制品内的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；
冷却脱模：对成型好的模具进行冷却操作，冷却至20-80℃温度，开模取出高能胶-硬质泡沫的复材结构；
所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，也即硬质泡沫经过高能胶膨胀挤压后的形变范围为0.1-10％。
在其他条件一样的情况对比有无添加高能胶的制品，其中未添加高能胶的制品(结构为纤维预浸布包裹内层硬质泡沫)采用刷环氧树脂胶的方式进行粘接，本发明的制品密度为0.56g/cm3,对比样品的密度为0.87g/cm3,可见相同尺寸的样品，重量更轻；对其三点弯曲进行测试，参考标准GBT 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法,本实施制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量为121±10MPa，未添加高能胶的制品弯曲弹性模量为36±8MPa。可以看出，采用本实施例方法制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量大大增加。
实施例4：轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备
轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备：
裁切：裁剪高能胶、纤维预浸布和硬质泡沫；
卷制品预型：用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹1-3层纤维预浸布；
入模成型：将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于150℃加热30分钟，制品内的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；
冷却脱模：对成型好的模具进行冷却操作，冷却至20-80℃温度，开模取出高能胶-硬质泡沫的复材结构；
所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，也即硬质泡沫经过高能胶膨胀挤压后的形变范围为0.1-10％。
在其他条件一样的情况对比有无添加高能胶的制品，其中未添加高能胶的制品(结构为纤维预浸布包裹内层硬质泡沫)采用刷环氧树脂胶的方式进行粘接，本发明的制品密度为0.62g/cm3,对比样品的密度为0.89g/cm3,可见相同尺寸的样品，重量更轻；对其三点弯曲进行测试，参考标准GBT 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法,本实施制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量为122±13MPa，未添加高能胶的制品弯曲弹性模量为56±8MPa。可以看出，采用本实施例方法制备得到的高能胶-硬质泡沫的复材结构的弯曲弹性模量大大增加。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种轻质高强的高能胶-硬质泡沫的复材结构的制备方法，其特征在于，
裁切：裁剪高能胶、纤维预浸布和硬质泡沫；
卷制品预型：用高能胶包裹硬质泡沫，然后在高能胶的外面包裹纤维预浸布；
入模成型：将所得预型好的制品，放入模具合模盖紧，对模具于100-200℃加热10-60分钟，制品内的高能胶受热产生由内到外的膨胀力,纤维预浸布高温固化成型；
冷却脱模：对成型好的模具进行冷却操作，冷却至20-80℃温度，开模取出高能胶-硬质泡沫的复材结构；
所述在受热膨胀过程中高能胶的最大膨胀强度≤硬质泡沫10％压缩变形的抗压强度，也即硬质泡沫经过高能胶膨胀挤压后的形变范围为0.1-10％。
2.权利要求1所述制品的制备方法，其特征在于，所述高能胶是指在一定温度范围内可以启动膨胀的复合材料，启动膨胀温度60-100℃，最佳膨胀温度范围100-200℃，失效膨胀温度大于200℃，受热维持时间1-60分钟，在最佳膨胀温度范围100-200℃内膨胀前后体积倍率1-50倍，膨胀后产生的压力范围0.1-20MPa；膨胀成型前，高能胶的密度为0.3-1.2g/cm3。
3.权利要求1所述制品的制备方法，其特征在于，所述纤维预浸布为碳纤维预浸布、玻璃纤维预浸布、芳纶纤维预浸布，或者其中任意两种以上纤维混编后的预浸布。
4.权利要求1所述制品的制备方法，其特征在于，所述硬质泡沫为PMI、PI、PVC、PU、EVA或PET。
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