CN113844118A - 一种热固性轻质复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热固性轻质复合材料及其制备方法，所述热固性轻质复合材料包括：至少两连续纤维层，各所述连续纤维层由含浸热固性树脂的连续纤维组成；至少一复合树脂层，其热压成型于所述两连续纤维层之间，所述复合树脂层由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成。本发明的热固性轻质复合材料及其制备方法，通过在复合树脂层中混合木质纤维和短切碳纤维，热压成型后的板材密度可以达到0.9‑1.2g/cm3，使得材料具有高强度和高模量的性能，还可以减少碳纤维、玻璃纤维等的使用量，降低了成本。

Description

一种热固性轻质复合材料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种热固性轻质复合材料及其制备方法。
【背景技术】
随着笔记电脑、平板笔记本、便携式电话、便携式信息终端或相机等电子电气设备、信息设备的发展，市场上强烈要求开发出薄型且轻质的产品。轻薄的产品要求构成产品的外壳或内部部件薄壁、轻质同时也要求高强度、高刚性。由于复合材料具有质量轻、高强度和高模量、抗化学腐蚀、耐疲劳、易于整体成型等优点，被广泛应用于制作军工、飞机、汽车、风电等产品上。由于复合材料优良的力学特性，所以也可以用于笔记本电脑、平板笔记本、便携式电话、便携式信息终端或相机等电子电气设备、信息设备的外壳，发挥了使外壳薄壁化、减轻设备重量等作用。
目前电子电器、汽车、运动器材等产品所用的热固性复合材料制品大多使用全碳纤维、碳纤维与玻璃纤维混合的复合板材进行成型加工，而热固性全碳纤维复合板材的密度为1.40-1.60g/cm3，碳纤维与玻璃纤维混合的复合板材的密度为1.60-1.80g/cm3，虽然模量和刚性够高，但产品的重量仍偏重，不符合当前轻质化的发展方向。
因此，有必要研发一种热固性轻质复合材料及其制备方法，以解决上述问题。
【发明内容】
本发明的一个目的在于提供一种热固性轻质复合材料，能够保证复合材料重量较轻的同时，具有高强度和高模量。
为了实现上述目的，本发明提供的一种热固性轻质复合材料，包括：
至少两连续纤维层，各所述连续纤维层由含浸热固性树脂的连续纤维组成；
至少一复合树脂层，其热压成型于所述两连续纤维层之间，所述复合树脂层由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成。
进一步的，所述连续纤维层及所述复合树脂层裁切成1m*1m的尺寸。
进一步的，所述连续纤维层的厚度为0.2mm，所述复合树脂层的厚度为1mm。
进一步的，所述连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的至少一种。
进一步的，所述连续纤维为单向碳纤维或者编织纹碳纤维。
进一步的，所述木质纤维的密度为0.6g/cm3-0.9g/cm3，所述短切碳纤维的长度为0.2cm-3cm。
进一步的，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、醇酸树脂的一种或一种以上的组合。
本发明还提供一种热固性轻质复合材料制备方法，包括以下步骤：
S1：制备至少两连续纤维层，各所述连续纤维层由含浸热固性树脂的连续纤维组成；
S2：制备至少一复合树脂层，所述复合树脂层由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成；
S3：将至少一复合树脂层铺设于至少两连续纤维层之间，形成一叠层材料；
S4：热压机压合模具加热至预设温度后，将叠层材料放入模具内热压合；
S5：热压合至预设时间后启动冷却，从而得到热固性轻质复合材料；
S6：开模取出热固性轻质复合材料。
进一步的，所述步骤S1中的连续纤维为单向碳纤维或者编织纹碳纤维。
进一步的，所述步骤S2中的木质纤维的密度为0.6g/cm3-0.9g/cm3，短切碳纤维的长度为0.2cm-3cm。
本发明的热固性轻质复合材料及其制备方法，通过由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维的复合树脂层作为中间层，并在中间层两表层使用含浸热固性树脂的连续纤维，具有以下技术效果：
1.通过在复合树脂层中混合木质纤维和短切碳纤维，热压成型后的板材密度可以达到0.9-1.2g/cm3，还可以减少碳纤维、玻璃纤维等的使用量，降低了成本。
2.在中间层两面裹覆连续纤维，使得材料具有高强度和高模量的性能。
3.制备工艺简单，连续纤维层及复合树脂层交替铺叠操作简单方便，且可以成型不同厚度的复合材料；另外，整个制程可以采用自动化加工方式，生产周期短，作业效率高。
【附图说明】
图1是本发明提供的热固性轻质复合材料的结构示意图。
图2是本发明热固性轻质复合材料制备方法的流程图。
【具体实施方式】
为对本发明的目的、技术功效及技术手段有进一步的了解，现结合附图详细说明如下。请参阅图1，图1是本发明提供的热固性轻质复合材料的结构示意图。
本发明提供的一种热固性轻质复合材料100，包括：
至少两连续纤维层110，各所述连续纤维层110由含浸热固性树脂的连续纤维组成；
至少一复合树脂层120，其热压成型于所述两连续纤维层110之间，所述复合树脂层120由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成。
其中，所述连续纤维层110及所述复合树脂层120裁切成1m*1m的尺寸。
其中，所述连续纤维层110的厚度为0.2mm，所述复合树脂层120的厚度为1mm。
其中，所述连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的至少一种。
其中，所述连续纤维为单向碳纤维或者编织纹碳纤维。
其中，所述木质纤维的密度为0.6g/cm3-0.9g/cm3，所述短切碳纤维的长度为0.2cm-3cm。
其中，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、醇酸树脂的一种或一种以上的组合。
请参阅图2，图2是本发明热固性轻质复合材料制备方法的流程图。
于本实施例中，本发明提供的一种热固性轻质复合材料制备方法，包括以下步骤：
S1：制备至少两连续纤维层110，各所述连续纤维层110由含浸热固性树脂的连续纤维组成；
S2：制备至少一复合树脂层120，所述复合树脂层120由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成；
S3：将至少一复合树脂层120铺设于至少两连续纤维层110之间，形成一叠层材料；
S4：热压机压合模具加热至预设温度后，将叠层材料放入模具内热压合；
S5：热压合至预设时间后启动冷却，从而得到热固性轻质复合材料100；
S6：开模取出热固性轻质复合材料100。
其中，所述步骤S1中的连续纤维为单向碳纤维或者编织纹碳纤维。
其中，所述步骤S2中的木质纤维的密度为0.6g/cm3-0.9g/cm3，短切碳纤维的长度为0.2cm-3cm。
下面以环氧树脂进行复合材料板材热压成型为例详细说明如下：
将含浸环氧树脂的两连续纤维层110、含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维的复合树脂层120裁切呈1米×1米的尺寸，所述连续纤维层110的纤维纱束中单丝数量为3000根；依照碳连续纤维层110、复合树脂层120及连续纤维层110的顺序铺叠，其中各叠层对应的厚度分别为0.2mm(连续纤维层110)、1mm(中间层20)及0.2mm(连续纤维层110)；将热压模具升温到140-160℃；将铺叠好的叠层送入热压模具中并定位；热压模具合模加压，在140-160℃的温度下恒温保持12-18分钟热压成型板材；热压模具冷却，冷却至30-60℃时开模，取出成型后的复合材料板材；一个循环结束，开启下一个循环。经测试，所成型的复合材料板材密度为0.93g/cm3。
综上所述，相较于现有技术，本发明的热固性轻质复合材料及其制备方法，通过由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维的复合树脂层作为中间层，并在中间层两表层使用含浸热固性树脂的连续纤维，具有以下技术效果：
1.通过在复合树脂层中混合木质纤维和短切碳纤维，热压成型后的板材密度可以达到0.9-1.2g/cm3，还可以减少碳纤维、玻璃纤维等的使用量，降低了成本。
2.在中间层两面裹覆连续纤维，使得材料具有高强度和高模量的性能。
3.制备工艺简单，连续纤维层及复合树脂层交替铺叠操作简单方便，且可以成型不同厚度的复合材料；另外，整个制程可以采用自动化加工方式，生产周期短，作业效率高。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热固性轻质复合材料，其特征在于，包括：
至少两连续纤维层，各所述连续纤维层由含浸热固性树脂的连续纤维组成；
至少一复合树脂层，其热压成型于所述两连续纤维层之间，所述复合树脂层由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成。
2.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料，其特征在于，所述连续纤维层及所述复合树脂层裁切成1m*1m的尺寸。
3.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料，其特征在于，所述连续纤维层的厚度为0.2mm，所述复合树脂层的厚度为1mm。
4.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料，其特征在于，所述连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料，其特征在于，所述连续纤维为单向碳纤维或者编织纹碳纤维。
6.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料，其特征在于，所述木质纤维的密度为0.6g/cm3-0.9g/cm3，所述短切碳纤维的长度为0.2cm-3cm。
7.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、醇酸树脂的一种或一种以上的组合。
8.一种热固性轻质复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备至少两连续纤维层，各所述连续纤维层由含浸热固性树脂的连续纤维组成；
S2：制备至少一复合树脂层，所述复合树脂层由含浸热固性树脂的木质纤维、短切碳纤维组成；
S3：将至少一复合树脂层铺设于至少两连续纤维层之间，形成一叠层材料；
S4：热压机压合模具加热至预设温度后，将叠层材料放入模具内热压合；
S5：热压合至预设时间后启动冷却，从而得到热固性轻质复合材料；
S6：开模取出热固性轻质复合材料。
9.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的连续纤维为单向碳纤维或者编织纹碳纤维。
10.根据权利要求1所述的热固性轻质复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的木质纤维的密度为0.6g/cm3-0.9g/cm3，短切碳纤维的长度为0.2cm-3cm。
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