CN109774275B - 一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料，为夹心结构，包括芳纶蜂窝芯层和位于芳纶蜂窝芯层两表面的上蒙皮、下蒙皮；上蒙皮和下蒙皮均是由环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板和环氧玻纤预浸料依次叠加热压形成的。本发明的制备方法(1)将用于制备蒙皮外侧的环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板、芳纶蜂窝芯、用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料按照所需尺寸裁切；(2)在涂有脱模剂或放有脱模薄膜的两块钢板之间按照预计压制的产品的厚度进行铺层摆料；(3)将钢板装入热压机中进行热压成型，冷却脱模，即得到芳纶蜂窝复合材料。本发明的芳纶蜂窝复合材料兼具轻质、高耐热特性及高绝缘性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种芳纶蜂窝复合材料及其制备方法，特别是兼具轻质、高力学性能、优异的耐热与绝缘性能的芳纶蜂窝夹层复合材料，可以作为轻质绝缘结构件使用，可应用于轨道列车车载电器柜的柜体和其他电器元件的绝缘保护罩。
背景技术
复合材料是运用先进的材料制备技术将不同性质的材料优化组合而成的新材料，复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。非金属复合材料基体组成主要有合成树脂、橡胶、陶瓷等，增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
芳纶蜂窝夹层复合材料是由树脂基玻纤蒙皮或碳纤维蒙皮与芳纶蜂窝芯层复合而成的轻质复合材料，因其具有轻质、高强、刚性、优异的耐腐蚀、易加工成型等性能，作为内饰件及结构件大量应用。
传统的芳纶蜂窝夹层复合材料主要存在以下问题：(1)传统的芳纶蜂窝复合材料制造成本高，耐热性不足，蒙皮厚度薄也难以满足绝缘性能的要求；(2)传统的层压制品类绝缘材料击穿电压通常无法达到15kv/mm，在高电压应用领域需要不断增加层压制品的厚度来保证绝缘性能，但这样会大大增加重量。如申请号为CN201510772899.3的发明专利公开了一种动车组芳纶蜂窝内装件成形工艺，面板选用酚醛树脂或氰酸类预浸料。
层压制品类绝缘材料其击穿电压通常无法达到15kv/mm以上，在高电压应用领域需要不断增加层压制品的厚度来保证绝缘性能，但这样会大大增加重量。树脂基玻纤蒙皮与芳纶蜂窝芯层复合而成的芳纶蜂窝复合材料为了减轻重量，蒙皮厚度通常较薄，导致其击穿电压较差；其成型过程大多采用中温预浸料(价格昂贵、储存要求高、应用周期短)120℃固化，产品制造成本高而耐热等级低也难以达到层压制品类绝缘材料的要求，故树脂基玻纤蒙皮与芳纶蜂窝芯层复合而成的芳纶蜂窝复合材料暂未实现在绝缘材料中的真正应用。
针对上述问题，本发明开发了一种轻质、高刚度、高耐热、绝缘性能优异的芳纶蜂窝夹芯复合材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料，所述芳纶蜂窝复合材料为夹心结构，包括芳纶蜂窝芯层和位于芳纶蜂窝芯层的两表面的上蒙皮、下蒙皮；所述上蒙皮和下蒙皮均是由环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板和环氧玻纤预浸料依次叠加热压形成的。
上述的芳纶蜂窝复合材料，优选的，所述的环氧玻纤预浸料层是指耐热等级为F级的EPGC203预浸料或耐热等级为H级的EPGC308预浸料。
上述的芳纶蜂窝复合材料，优选的，所述芳纶蜂窝芯层是指密度为64kg/m3～80kg/m3的芳纶蜂窝。
上述的芳纶蜂窝复合材料，优选的，所述电气用聚芳酰胺纤维纸板是指中密度(0.75～1g/cm3)带网纹的电气用聚芳酰胺纤维纸板。聚芳酰胺纤维纸板通用产品厚度为0.8-3.2mm，因此可以有更大的选择空间来增加绝缘强度，选择中密度的聚芳酰胺纤维纸板可以进一步降低重量；同时，中密度聚芳酰胺纤维纸板带网纹可有利于预浸料与中密度聚芳酰胺纤维纸板固化时的结合。
上述的芳纶蜂窝复合材料，优选的，所述芳纶蜂窝复合材料的厚度为10-18mm。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的芳纶蜂窝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将用于制备蒙皮外侧的环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板、芳纶蜂窝芯、用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料按照所需尺寸裁切；
(2)在涂有脱模剂或放有脱模薄膜的两块钢板之间按照预计压制的产品的厚度进行铺层摆料；并在材料周围均匀布置与所压制厚度等厚度的限高块；
(3)将钢板装入热压机中进行热压成型，冷却脱模，即得到芳纶蜂窝复合材料。
上述的制备方法，优选的，所述热压成型的过程是指先将温度升至100-120℃进行预热，预热压力为0.5-1MPa，预热时间为20-30min，保证内侧高树脂含量玻纤预浸料层中的树脂软化与芳纶蜂窝芯形成胶瘤；再升温至160-185℃热压，热压时间为60-120min，热压压力为1-2MPa，压紧限高块。
上述的制备方法，优选的，所述用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料中树脂含量为54％-60％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的芳纶蜂窝复合材料兼具轻质、高耐热特性及高绝缘性能。
(2)本发明的芳纶蜂窝复合材料使用可常温储存、适用期长、价格低的高温预浸料来作为蒙皮，可以大大降低芳纶蜂窝夹层复合材料的制造成本。
(3)本发明的芳纶蜂窝复合材料尤其适用于同时要求增强绝缘及轻量化要求的领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明芳纶蜂窝复合材料的结构示意图。
图例说明：
1、外侧玻纤预浸料；2、电气用聚芳酰胺纤维纸板；3芳纶蜂窝芯；4内侧玻纤预浸料。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料，其结构示意图如图1所示，为夹心结构，包括芳纶蜂窝芯3和位于芳纶蜂窝芯3两表面的上蒙皮、下蒙皮；上蒙皮和下蒙皮均是由外侧环氧玻纤预浸料1、电气用聚芳酰胺纤维纸板2和内侧环氧玻纤预浸料依次叠加热压形成的；外侧环氧玻纤预浸料1和内侧环氧玻纤预浸料4均为0.4mm厚的、耐热等级为F级的EPGC203预浸料，电气用聚芳酰胺纤维纸板2为0.8mm厚的中密度(0.8g/cm3)带网纹电气用聚芳酰胺纤维纸板(A697，株洲时代华先材料科技有限公司)；芳纶蜂窝芯3为7mm厚、孔径4.8mm、密度64kg/m3的芳纶蜂窝芯(中航复材)。
本实施例的10mm厚耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：将用于制备蒙皮外侧的环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板、芳纶蜂窝芯、用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料按照所需尺寸裁切；
(2)摆料：在放有脱模用的聚丙烯薄膜的两块钢板之间，将上述材料按照铺层结构叠放，并在材料周围均匀布置10mm的限高块；
(3)热压：将摆好料的钢板装入热压机，升温热压：先升温至100℃进行预热，预热压力为0.8MPa，预热时间为20min，保证内侧树脂含量为57％的EPGC203预浸料与芳纶蜂窝芯形成胶瘤；升温至160℃，热压时间60min，热压压力1.5MPa，限高块压紧；
(4)冷却至50℃以下脱模，得到芳纶蜂窝复合材料。
表1：实施例1制备的芳纶蜂窝复合材料的技术参数
可见实施例1的芳纶蜂窝复合材料兼具轻质(面密度仅5.5Kg/m2，体积密度仅0.55g/cm3)及高的绝缘性能(击穿电压高达60kv)。
实施例2：
一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料，其结构示意图如图1所示，为夹心结构，包括芳纶蜂窝芯层3和位于芳纶蜂窝芯层3两表面的上蒙皮、下蒙皮；上蒙皮和下蒙皮均是由外侧环氧玻纤预浸料1、电气用聚芳酰胺纤维纸板2和内侧环氧玻纤预浸料依次叠加热压形成的；外侧环氧玻纤预浸料1和内侧环氧玻纤预浸料4均为0.7mm厚的、耐热等级为H级的EPGC308预浸料，电气用聚芳酰胺纤维纸板2为1.2mm厚的中密度(0.8g/cm3)带网纹电气用聚芳酰胺纤维纸板(A697，株洲时代华先材料科技有限公司)；芳纶蜂窝芯层3为13mm厚、孔径3.2mm、密度80kg/m3的芳纶蜂窝芯(中航复材)。
本实施例的18mm厚芳纶蜂窝绝缘复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：将用于制备蒙皮外侧的环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板、芳纶蜂窝芯、用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料按照所需尺寸裁切；
(2)摆料：在涂有耐高温硅油脱模剂的两块钢板之间，按照上述铺层结构叠放各材料，并在材料周围均匀布置18mm的限高块；
(3)热压：将摆好料的钢板装入热压机，升温热压：先升温至预热温度110℃，预热压力为1MPa，预热时间30min，保证内侧树脂含量为60％的EPGC308预浸料与芳纶蜂窝芯形成胶瘤；再升温至185℃，热压时间90min，热压压力2MPa，限高块压紧；
(4)冷却至50℃以下脱模，得到芳纶蜂窝复合材料。
表2：实施例2制备的芳纶蜂窝复合材料的技术指标
可见实施例2的芳纶蜂窝复合材料可以兼具轻质(面密度仅9kg/m2，体积密度仅0.5g/cm3)及高的绝缘性能(击穿电压高达80kv)。
以上实施例描述了对发明的基本原理，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润湿，这些改进和润湿也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种耐高温绝缘芳纶蜂窝复合材料的制备方法，其特征在于，所述芳纶蜂窝复合材料为夹心结构，包括芳纶蜂窝芯层和位于芳纶蜂窝芯层两表面的上蒙皮、下蒙皮；所述上蒙皮和下蒙皮均是由环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板和环氧玻纤预浸料依次叠加热压形成的，所述电气用聚芳酰胺纤维纸板是指密度为0.75～1g/cm3的、带网纹的电气用聚芳酰胺纤维纸板；所述的环氧玻纤预浸料层是指耐热等级为F级的EPGC203预浸料或耐热等级为H级的EPGC308预浸料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将用于制备蒙皮外侧的环氧玻纤预浸料、电气用聚芳酰胺纤维纸板、芳纶蜂窝芯、用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料按照所需尺寸裁切，所述用于制备蒙皮内侧的环氧玻纤预浸料中树脂含量为54％～60％；
(2)在涂有脱模剂或放有脱模薄膜的两块钢板之间按照预计压制的产品的厚度进行铺层摆料；
(3)将钢板装入热压机中进行热压成型，冷却脱模，即得到芳纶蜂窝复合材料，其中，所述热压成型的过程是指先将温度升至100～120℃进行预热，预热压力为0.5～1MPa，预热时间为20～30min；再升温至160～185℃热压，热压时间为60～120min，热压压力为1～2MPa。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶蜂窝芯层是指密度为64kg/m3～80kg/m3的芳纶蜂窝。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶蜂窝复合材料的厚度为10～18mm。
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