CN108221135A - 一种抗压缩复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用三维机织织造工艺织造三维间隔织物；然后采用手糊法将树脂涂覆在织物的表面，并渗入织物内部，固化，固化过程中将织物压缩，间隔纱被压缩成屈曲结构并相互触碰，固化后间隔纱之间借助于间隔纱吸附的树脂在上述的相互触碰的位置相互粘合形成交联的网络，得到抗压缩复合材料。本发明以膨体纱作为间隔纱，膨体纱结构吸附树脂能力强，获得的轻质抗压缩复合材料中间隔纱通过树脂相互粘合，形成交联网络，使材料具有轻质和耐压缩能力。

Description

一种抗压缩复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于三维机织物的制备领域，特别是涉及一种轻质高强抗压缩复合材料的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，人们对复合材料提出的更高的要求，比如轻质、高强、抗分层和耐压缩等综合特性。热固性复合材料由于强度模量高，耐腐蚀和耐老化等性能，在工业领域广泛应用。然而，热固性复合材料的密度较高，限制了在交通运输和航空航天领域的应用。有人采用蜂窝结构复合材料板或者三明治结构发泡材料复合材料板作为轻质抗压缩材料。但是该类材料由于多层材料相互粘合而成，容易造成分层破坏。
以三维织物作为增强体制备的复合材料具有整体性好抗分层能力强的优点。三维间隔织物由两个表面层和一个中间间隔层组成，通过连续的纱线将这三部分连接在一起。间隔织物的上下面层同传统的二维织物一样，由经纬纱交织而成，而中间芯层则是由连接上下面层的柱纱组成，柱纱沿织物经向呈“8”字形、X形或V形排列。由于两个面层间有Z向连接，间隔织物复合材料克服了层合材料间的面、芯剥离现象，具有优异的整体性、耐久性和抗冲击性。由于该材料可以一次复合成型，使加工成本降低，并且其拥有连续孔洞，具有整体性好、质地轻的特点，广泛应用于能源、交通运输、建筑、航海等领域等方面。
三维间隔织物复合材料由于具有中空结构，质量很轻，比压缩强度较高。然后在复合材料受到压缩时，间隔纱变形和破坏导致复合材料结构破坏。即使通过增加间隔纱的数量的方法，也因为受到织造工艺的限制，也无法显著增加压缩强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单，效果明显的轻质耐压缩热塑性复合材料的制备方法。该方法获得的轻质耐压缩热塑性复合材料，具有三维一体的中空网络结构，而且间隔纱之间相互粘合支撑，形成了有效的交联网络，从而获得了很好的耐压缩能力。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用三维机织织造工艺织造三维间隔织物；然后采用手糊法将树脂涂覆在织物的表面，并渗入织物内部，固化，固化过程中将织物压缩，间隔纱被压缩成屈曲结构并相互触碰，固化后间隔纱之间借助于间隔纱吸附的树脂在上述的相互触碰的位置相互粘合形成交联的网络，得到抗压缩复合材料。
将三维间隔织物进行压缩，目的是使相邻的间隔纱线之间相互接触，在吸收树脂并且固化后可以形成交联的网络结构，提高复合材料的耐压缩能力。因此，根据间隔纱密度和高度的不同，三维织物的压缩比可以是0.1至0.9之间的参数。优选地，所述的固化过程中将织物压缩至原厚度的1/2。
优选地，所述的三维间隔织物的经纬纱为高性能纤维、其它合成纤维以及天然纤维中的一种或多种混杂。
优选地，所述的间隔纱线为高性能纤维或其它合成纤维、高性能纤维或其它合成纤维的膨体纱结构，高性能纤维或其它合成纤维的空气变形纱或者多毛羽的混纺纱、或普通长丝纤维形式的纱线。
优选地，所述的高性能纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维以及石英纤维中的一种或者多种混杂。
所述的树脂为环氧树脂、不饱和乙烯基树脂、酚醛树脂和聚二甲基硅氧烷树脂等热固性树脂；也可以是聚氨酯树脂，聚乙烯醇树脂和聚丙烯酸树脂溶液等热塑性树脂。
优选地，所述的三维间隔织物可以是三维机织间隔织物，也可以是三维针织间隔织物或三维编织间隔织物等具有垂直间隔纱线的织物结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以膨体纱作为间隔纱，膨体纱结构吸附树脂能力强，获得的轻质抗压缩复合材料中间隔纱通过树脂相互粘合，形成交联网络，使材料具有轻质和耐压缩能力；
(2)本发明获得的轻质抗压缩复合材料的增强织物为三维机织物，具有中空结构、三维一体结构和抗分层特性；
(3)本发明获得的轻质热塑性耐压缩复合材料在民用、军用、航空航天和建筑等领域具有广泛的应用前景；
(4)本发明提供的方法新颖，成本低，过程简单，适合于产业化生产。
附图说明
图1三维间隔结构织物示意图；1-间隔纱，2-纬纱，3-经纱
图2轻质抗压缩复合材料；1-间隔纱，2-纬纱，3-经纱，4-间隔纱粘结点。
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1三维玻璃纤维织物增强环氧树脂抗压缩复合材料
如图2所示，本实施例的抗压缩复合材料包括间隔纱1、纬纱2和经纱3，间隔纱1之间形成间隔纱粘结点4，间隔纱1之间相互粘合形成交联的网络。
选择线密度为800tex玻璃纤维(巨石集团)作为经纱、纬纱，线密度为600tex(巨石集团)的玻璃纤维膨体纱作为间隔纱，采用多组综框织造工艺，通过控制综框进而控制经纱和间隔纱的运动方式；同时采用多剑竿引纬工艺，控制纬纱的运动方式，织造三维机织间隔织物，如图1所示，所述的三维间隔结构三维机织间隔织物由间隔纱1、纬纱2和经纱3组成。
上述的抗压缩复合材料的制备方法为：
步骤一、采用三维机织织造工艺织造三维间隔织物：
第一步双引纬装置引纬纱，第二步单组综框运动上下经纱层交织，第三步双组综框运动间隔纱交织，第四步打纬，第五步步进电机卷取，第六步重复上述步骤完成一个完整循环的织造。最后获得的三维间隔织物经纬密：10根/厘米；间隔纱密度：10根/厘米；织物长度10厘米；宽度10厘米，高度1厘米。
步骤二、复合材料固化过程
选用环氧树脂(广州恒粤化工有限公司，牌号：E-51)与配套的固化剂按照体积比例为4∶1的关系制成环氧树脂溶液800毫升，采用手糊法涂覆在三维织物表面，并使树脂渗透到织物内部。然后，将三维织物置于模具当中压缩至原本厚度的1/2即0.5厘米，间隔纱被压缩成屈曲结构并相互触碰，放置在烘箱中加热固化，加热温度80摄氏度，加热时间8小时固化，固化后间隔纱之间借助于间隔纱吸附的树脂在上述的相互触碰的位置相互粘合形成交联的网络；获得三维玻璃纤维织物增强环氧树脂抗压缩复合材料，结构图如图2所示。经测试得，复合材料的密度为1.2公斤/立方厘米，拉伸强度281兆帕，横向压缩强度63兆帕。
实施例2三维玄武岩纤维织物增强不饱和乙烯基聚酯树脂抗压缩复合材料
如图2所示，本实施例的抗压缩复合材料包括间隔纱1、纬纱2和经纱3，间隔纱1之间形成间隔纱粘结点4，间隔纱1之间相互粘合形成交联的网络。
选择线密度为800tex玄武岩纤维(石金玄武岩纤维有限公司)作为经纱纬纱，线密度为600tex的玄武岩纤维膨体纱(石金玄武岩纤维有限公司)作为间隔纱，采用多组综框织造工艺，通过控制综框进而控制经纱和间隔纱的运动方式；同时采用多剑竿引纬工艺，控制纬纱的运动方式，织造三维机织间隔织物。如图1所示，所述的三维间隔结构三维机织间隔织物由间隔纱1、纬纱2和经纱3组成。织物参数：经纬密12根/厘米；间隔纱密度：12根/厘米；织物长度15厘米；宽度10厘米，高度0.9厘米。
上述的抗压缩复合材料的制备方法为：
步骤一、采用三维机织织造工艺织造三维间隔织物：同实施例1。
步骤二、复合材料固化过程：
选用不饱和聚酯树脂(广州恒粤化工有限公司，牌号：901-VP)与配套的固化剂按照体积比例为10∶1的关系制成树脂溶液800毫升，采用手糊法涂覆在三维织物表面，并使树脂渗透到织物内部。然后，将三维织物置于模具当中压缩至原本厚度的2/3即0.6厘米，间隔纱被压缩成屈曲结构并相互触碰，放置在烘箱中加热固化，加热温度40摄氏度，加热时间6小时固化，固化后间隔纱之间借助于间隔纱吸附的树脂在上述的相互触碰的位置相互粘合形成交联的网络；获得三维玄武岩纤维织物增强不饱和乙烯基聚酯树脂抗压缩复合材料，结构图如图2所示。经测试得，复合材料的密度为1.1公斤/立方厘米，拉伸强度246兆帕，横向压缩强度51兆帕。
实施例3三维碳纤维纤维织物增强酚醛树脂抗压缩复合材料
如图2所示，本实施例的抗压缩复合材料包括间隔纱1、纬纱2和经纱3，间隔纱1之间形成间隔纱粘结点4，间隔纱1之间相互粘合形成交联的网络。
选择线密度为1000tex碳纤维(东丽公司，T-300)作为经纱纬纱，线密度为600tex的玄武岩纤维膨体纱(石金玄武岩纤维有限公司)作为间隔纱，采用多组综框织造工艺，通过控制综框进而控制经纱和间隔纱的运动方式；同时采用多剑竿引纬工艺，控制纬纱的运动方式，织造三维机织间隔织物。如图1所示，所述的三维间隔结构三维机织间隔织物由间隔纱1、纬纱2和经纱3组成。织物参数：经纬密10根/厘米；间隔纱密度：10根/厘米；织物长度15厘米；宽度10厘米，高度0.6厘米。
上述的抗压缩复合材料的制备方法为：
步骤一、采用三维机织织造工艺织造三维间隔织物：同实施例1。
步骤二、复合材料固化过程：
选用热固性酚醛树脂溶液800毫升(江阴万千化学品有限公司)，采用手糊法将树脂涂覆在三维织物表面，并使树脂渗透到织物内部。然后，将三维织物置于模具当中压缩至原本厚度的2/3即0.4厘米，间隔纱被压缩成屈曲结构并相互触碰，放置在烘箱中加热固化，加热温度180摄氏度，加热时间4小时固化，固化后间隔纱之间借助于间隔纱吸附的树脂在上述的相互触碰的位置相互粘合形成交联的网络；获得三维碳纤维纤维织物增强酚醛树脂抗压缩复合材料，结构图如图2所示。经测试得，复合材料的密度为1.1公斤/立方厘米，拉伸强度406兆帕，横向压缩强度69兆帕。

Claims (7)

1.一种抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用三维机织织造工艺织造三维间隔织物；然后采用手糊法将树脂涂覆在织物的表面，并渗入织物内部，固化，固化过程中将织物压缩，间隔纱被压缩成屈曲结构并相互触碰，固化后间隔纱之间借助于间隔纱吸附的树脂在上述的相互触碰的位置相互粘合形成交联的网络，得到抗压缩复合材料。
2.如权利要求1所述的抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，所述的固化过程中将织物压缩至原厚度的0.1-0.9倍。
3.如权利要求1所述的抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，所述的三维间隔织物的经纬纱为高性能纤维、其它合成纤维以及天然纤维中的一种或多种混杂。
4.如权利要求1所述的抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，所述的间隔纱线为高性能纤维或其它合成纤维、高性能纤维或其它合成纤维的膨体纱结构，高性能纤维或其它合成纤维的空气变形纱或者多毛羽的混纺纱、或普通长丝纤维形式的纱线。
5.如权利要求3或4所述的抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高性能纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、玄武岩纤维以及石英纤维中的一种或者多种混杂。
6.如权利要求1所述的抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，所述的树脂为环氧树脂、不饱和乙烯基树脂、酚醛树脂、聚二甲基硅氧烷树脂、聚氨酯树脂，聚乙烯醇树脂或聚丙烯酸树脂。
7.如权利要求1所述的抗压缩复合材料的制备方法，其特征在于，所述的三维间隔织物为三维机织间隔织物、三维针织间隔织物或三维编织间隔织物。
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