CN216610399U - 一种抗冲击复合材料 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种抗冲击复合材料，包含超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布，所述超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布相互层叠复合；所述高模量纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、陶瓷纤维布、玄武岩纤维布中的一种或两种以上的组合。所述超高分子量聚乙烯超强膜(UHMWPE)具有强度高、密度低、抗冲击性好、耐低温、耐化学腐蚀、耐磨损、绝缘等优点，所述高模量纤维布具有高强度和高模量、耐劳性好等优点。通过将其与超高分子量聚乙烯超强膜复合为一体，可发挥两种材料共同的优势，使本实用新型的抗冲击复合材料结构简单，易于批量化生产，极具轻量化、高强度抗冲击以及抗疲劳性能好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及特种材料技术领域，尤其涉及一种轻量化、抗冲击的复合材料。
背景技术
目前汽车、运输、建筑和军事等领域越来越关注基材的重量，在同等强度下，轻量化的基材更容易得到各大厂商的青睐。各大公司及科研机构纷纷开始对这类型复合材料进行相关研究。比如汽车领域， CN201110288357.0公开了一种轻量化平板半挂车车体及其制造方法。其车体采用纤维增强复合材料制成，纤维增强复合材料包括树脂基体和纤维织物，从材料上有效减轻了车体重量。还有铁路运输领域， CN201920963051.2公开了一种耐冲击复合板及高铁设备舱底板，该复合底板不仅比现有复合底板更轻，而且抗冲击性能显著提升，特别是耐尖锐物的低能量冲击稳定性得到大幅提高，同时还具有良好的防火性能。还有CN201810989636.1也很类似公开了一种高速列车用设备舱裙板及其制备方法，制得的混合纤维增强复合材料设备舱裙板具有质轻，防冲击、阻燃的综合功能，较原铝合金材质减重55％以上，各方面性能指标均满足设备舱裙板的要求。由此可见，轻量化、抗冲击的复合材料在生产生活中具有非常重要的应用前景。然而，现有的复合板/材料具有组成复杂、不易制备、厚度大使用的灵活性差、轻量化或抗冲击性能不足的问题，限制了其应用场合。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种抗冲击复合材料，其结构简单、易于生产、具有轻量化和高强抗冲击性能。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
本实用新型提供一种抗冲击复合材料，其包含超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布，所述超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布相互层叠复合；
所述高模量纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、陶瓷纤维布或玄武岩纤维布；所述抗冲击复合材料还包括包覆层，所述包覆层将层叠的所述高分子量聚乙烯超强膜、高模量纤维布一体包覆在内部。
根据本实用新型的较佳实施例，所述抗冲击复合材料还包括树脂，所述树脂介于相邻的两层之间，用于将相邻两层紧密复合为一体。
优选地，所述树脂根据要粘接的两层材料不同而进行选择，同一块抗冲击复合材料中不同层之间的树脂可以相同也可不同。
优选地，两层超高分子量聚乙烯超强膜之间用PE树脂(聚乙烯胶水)，碳纤维布之间、碳纤维布与超高分子量聚乙烯超强膜之间可以用其他树脂粘接。超高分子量聚乙烯超强膜与PE树脂(聚乙烯胶水)为同质材料，因此具有更强的融合性和粘接力。
根据本实用新型的较佳实施例，所述超高分子量聚乙烯超强膜为超高分子量聚乙烯经过热压和/或拉伸成型，厚度为0.01-2.5mm。超高分子量聚乙烯超强膜优选为
超高模量的聚乙烯薄膜产品。
根据本实用新型的较佳实施例，所述包覆层为树脂。
根据本实用新型的较佳实施例，所述包覆层为阻燃树脂或耐酸耐碱的树脂。具体地，所述耐酸耐碱的树脂聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PUMA)、有机硅(SI)树脂中的一种或多种。
根据本实用新型的较佳实施例，所述抗冲击复合材料包括至少两层超高分子量聚乙烯超强膜，在所述两层超高分子量聚乙烯超强膜之间夹设有所述高模量纤维布。
根据本实用新型的较佳实施例，所述抗冲击复合材料中包含两层以上超高分子量聚乙烯超强膜和两层以上高模量纤维布，超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布为交替层叠复合为一体。
根据本实用新型的较佳实施例，所述抗冲击复合材料包括至少两层超高分子量聚乙烯超强膜，在所述两层超高分子量聚乙烯超强膜之间夹设有两层碳纤维布，在所述两层碳纤维布的之间填充有玻璃纤维、陶瓷纤维或玄武岩纤维；所述两层碳纤维布之间以树脂粘合固结。
根据本实用新型的较佳实施例，所述抗冲击复合材料还包括一层弹性缓冲层。优选地，所述弹性缓冲层为弹性橡胶材料。
(三)有益效果
本实用新型的抗冲击复合材料结构简单，易于批量化生产，可依据使用要求的厚度设计层叠复合的层数；经试验测试，所述抗冲击复合材料极具轻量化、高强度的抗冲击性能以及抗疲劳性能好等优点。
所述抗冲击复合材料中，超高分子量聚乙烯超强膜(UHMWPE)系直接由解缠的超高分子量聚乙烯原料在高温高压下热压定型为薄膜或薄片，具有强度高、密度低、抗冲击性好、耐低温、耐化学腐蚀、耐磨损、绝缘等优点外，相比传统超高分子量聚乙烯UD布，它无需聚酯、固化剂等添加剂，在保持高抗冲击的同时，具有更轻、更薄的特点。所述抗冲击复合材料中，所述高模量纤维布以编织成型的纤维布替换无编织结构的纤维，具有高强度和高模量、刚性好、无蠕变、热膨胀系数小、耐劳性好等优点。通过将其与超高分子量聚乙烯超强膜复合为一体，可以弥补前述纤维布所存在的“抗冲击性能、韧性较差”等缺点。
优选地，所述高模量纤维布由碳纤维布、玻璃纤维布、陶瓷纤维布、及玄武岩纤维布层叠并以热固性树脂复合而成，可有效结合各纤维布的优点，使产品质量更轻、成本更优、抗冲击性能更好、改善材料的界面性能。
附图说明
图1为实施例1的抗冲击复合材料结构示意图。
图2为实施例2的抗冲击复合材料结构示意图。
图3为实施例3的抗冲击复合材料结构示意图。
图4为实施例4的抗冲击复合材料结构示意图。
图5为实施例5的抗冲击复合材料结构示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。需要说明的是，以下各实施例中的“层”并不是对超高分子量聚乙烯超强膜或高模量纤维布具体数量的限定，例如一层超高分子量聚乙烯超强膜可指代一片超高分子量聚乙烯超强膜也可指代多片超高分子量聚乙烯超强膜叠合在一起，一层高模量纤维布可指代一张碳纤维布也可指代多张碳纤维布叠合在一起。
实施例1
如图1所示，本实施例的抗冲击复合材料，由一层超高分子量聚乙烯超强膜11和一层高模量纤维布12之间以环氧树脂13，进行挤压复合得到。其中，超高分子量聚乙烯超强膜11为超高分子量聚乙烯经热压或者拉伸或者先热压后拉伸成型，其厚度为0.01-2.5mm，优选为
超高模量的聚乙烯薄膜产品。其中，高模量纤维布12可为碳纤维布、玻璃纤维布、陶瓷纤维布、玄武岩纤维布中的任一种，优选是碳纤维布。环氧树脂13可由其他强热固性树脂替换。环氧树脂13在本实施例中主要起到粘接和使高模量纤维布12的纤维结构稳定的作用。
实施例2
如图2所示，本实施例的抗冲击复合材料，在实施例1的基础上还设有包覆层14，该包覆层14将层叠的高分子量聚乙烯超强膜11、高模量纤维布12一体包覆在内部。该包覆层14的材料可与高分子量聚乙烯超强膜11及高模量纤维布12之间的起到粘接的树脂为同种材料，也可为不同的材料。具体地，在制备本实施例的抗冲击复合材料时，可在模框中，依次铺好高模量纤维布12和高分子量聚乙烯超强膜11，然后从侧面灌注液态的树脂材料，直至环氧树脂将高模量纤维布12完全浸润，并将高分子量聚乙烯超强膜11淹没。然后一体固化处理，即得到一种兼具轻量化及高强度的抗冲击复合材料。
其中，包覆层14优选是阻燃树脂或耐酸耐碱的树脂。耐酸耐碱的树脂聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PUMA)、有机硅(SI)树脂中的一种或多种。阻燃树脂为市售产品。如添加有阻燃剂或无机填料，如碳酸钙、硅酸盐、云母等的树脂，或者与阻燃性好的单体(如氯乙烯)进行共聚、接枝的树脂，或者与高难燃树脂共混等得到的树脂。
实施例3
如图3所示，本实施例的抗冲击复合材料，在实施例1的基础上具体设计为“夹心层”结构，其两层超高分子量聚乙烯超强膜11之间夹设高模量纤维布12，超高分子量聚乙烯超强膜11和高模量纤维布12之间以涂刷树脂粘接压合为一体，或者如实施例2的制备方法，在模框中，依次铺好下层高分子量聚乙烯超强膜11、高模量纤维布12、上层高分子量聚乙烯超强膜11，然后灌注液态的树脂材料，直至环氧树脂将上层高分子量聚乙烯超强膜11完全浸润和淹没。然后一体固化处理，即得到一种兼具轻量化及高强度的抗冲击复合材料。
以两层超高分子量聚乙烯超强膜11和中间的高模量纤维布12的组成为一个重复单元，根据抗冲击复合材料的应用环境和需求不同，抗冲击复合材料可以包含一个或多个所述重复单元。
实施例4
如图4所示，本实施例的抗冲击复合材料，在实施例1的基础上具体设计为交替层叠结构。具体地为，从下至上依次为超高分子量聚乙烯超强膜11、高模量纤维布12、超高分子量聚乙烯超强膜11、高模量纤维布12。超高分子量聚乙烯超强膜11和高模量纤维布12之间以涂刷树脂粘接压合为一体，或者如实施例2的制备方法，在模框中，依次铺好下层高分子量聚乙烯超强膜11、高模量纤维布12、上层高分子量聚乙烯超强膜11、上层高模量纤维布12，然后灌注液态的树脂材料，直至环氧树脂将各层完全浸润。然后一体固化处理，即得到一种兼具轻量化及高强度的抗冲击复合材料。
以一层超高分子量聚乙烯超强膜11和一层高模量纤维布12的组成为一个重复单元，根据抗冲击复合材料的应用环境和需求不同，抗冲击复合材料可以包含一个或多个所述重复单元。
实施例5
如图5所示，本实施例的抗冲击复合材料，在实施例1的基础上具体设计为夹心结构。在两层超高分子量聚乙烯超强膜11之间夹设有两层碳纤维布121。其中，超高分子量聚乙烯超强膜11和碳纤维布121之间以涂刷树脂粘接压合为一体。
进一步地，由于玻璃纤维布、陶瓷纤维布、玄武岩纤维布等价格较贵，而未编织成布或编织物的“玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维”材料易得、成本较低，但是不容易被均匀地夹在两层超高分子量聚乙烯超强膜11之间。此时，可先将玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维等增强纤维122中的一种或几种先用树脂粘接剂等固定在两层碳纤维布121之间，然后将两层碳纤维布121再通过涂刷树脂粘接剂等复合在两层超高分子量聚乙烯超强膜11之间。或者如实施例2的方式制备：在模框中先铺设一层超高分子量聚乙烯超强膜11，然后放入一层碳纤维布121，在碳纤维布121上铺玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维中的一种或几种增强纤维122，再铺一层碳纤维布121和一层超高分子量聚乙烯超强膜11，然后向模框中灌注液态树脂，直至将各层完全浸润。然后一体固化处理，即得到一种兼具轻量化及高强度的抗冲击复合材料。
实施例6
本实施例的抗冲击复合材料，包括两层超高分子量聚乙烯超强膜11 和通过涂刷树脂粘接剂复合在两层超高分子量聚乙烯超强膜11之间的碳纤维布、玻璃纤维布、陶瓷纤维布、及玄武岩纤维布所组成。此时，制备的抗冲击复合材料可有效结合各纤维布的优点，使产品质量更轻、成本更优、抗冲击性能更好、改善材料的界面性能。
实施例7
本实施例的抗冲击复合材料，在上述各实施例的基础上，还包括一层弹性缓冲层。优选地，所述弹性缓冲层为弹性橡胶材料。该弹性缓冲层不仅可以使抗冲击复合材料在触感上有一定的缓冲性，同时弹性橡胶材料可以有效吸收子弹的冲击力，降低其动能。因此本实施例的抗冲击复合材料非常适宜运用在防弹材料中，如防弹服、装甲车壳、舰船门板等领域。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种抗冲击复合材料，其特征在于，包含：
超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布，所述超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布相互层叠复合；
所述高模量纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、陶瓷纤维布或玄武岩纤维布；
所述抗冲击复合材料还包括包覆层，所述包覆层将层叠的所述高分子量聚乙烯超强膜、高模量纤维布一体包覆在内部。
2.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述抗冲击复合材料还包括树脂，所述树脂介于相邻的两层之间，用于将相邻两层紧密复合为一体。
3.根据权利要求2所述的抗冲击复合材料，其特征在于，在两层超高分子量聚乙烯超强膜之间的树脂为PE树脂。
4.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯超强膜为超高分子量聚乙烯经过热压和/或拉伸成型，厚度为0.01-2.5mm。
5.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述包覆层为阻燃树脂或耐酸耐碱的树脂。
6.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述抗冲击复合材料包括至少两层超高分子量聚乙烯超强膜，在所述两层超高分子量聚乙烯超强膜之间夹设有所述高模量纤维布。
7.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述抗冲击复合材料中包含两层以上超高分子量聚乙烯超强膜和两层以上高模量纤维布，超高分子量聚乙烯超强膜和高模量纤维布为交替层叠复合为一体。
8.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述抗冲击复合材料包括至少两层超高分子量聚乙烯超强膜，在所述两层超高分子量聚乙烯超强膜之间夹设有两层碳纤维布，在所述两层碳纤维布的之间填充有玻璃纤维、陶瓷纤维或玄武岩纤维；所述两层碳纤维布之间以树脂粘合固结。
9.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述抗冲击复合材料还包括一层弹性缓冲层。
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