一种具有PMI夹芯的复合材料结构体及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN201510187341.9 | 申请日 | 2015-04-20 | 公开(公告)号 | CN105563970A | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | 广州金发碳纤维新材料发展有限公司; | 发明人 | 黄险波; 陈大华; 蒋新; 范欣愉; 卢勇; 高雄; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有PMI夹芯的 复合材料 结构体及其制备方法和应用，包括芯材（Ⅰ）以及配置在该芯材（Ⅰ）上下表面的蒙皮层（Ⅱ），所述蒙皮层由 树脂 基 纤维 增强复合材料构成，所述芯材（Ⅰ）为PMI 泡沫 ，所述芯材（Ⅰ）的比重为75kg/m3~200kg/m3，厚度为0.4mm~5.0mm。本发明制备得到的PMI泡沫夹芯的复合材料结构体具有强度高、 质量 轻、层间粘结好、不易脱层分裂、耐冲击、耐高温、耐 腐蚀 等优异性能，在同等厚度下，强度与 铝 合金 媲美，重量则不到 铝合金 的四分之一；制备工艺简单，可应用于3C行业、家电行业、 汽车 行业、航空航天或轨道交通行业中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有PMI夹芯的复合材料结构体，其特征在于，包括芯材（Ⅰ）及配置在该芯材（Ⅰ）上下表面的蒙皮层（Ⅱ），所述蒙皮层由树脂基纤维增强复合材料构成，所述芯材 |
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| 说明书全文 | 一种具有PMI夹芯的复合材料结构体及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及复合材料夹芯结构体领域，具体涉及一种具有PMI夹芯的复合材料结构体及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 随着材料行业发展，新型复合材料应用领域越来越广，航空航天、汽车、轮船、3C家电行业等领域都在应用。但是随着技术的发展，对新型复合材料的要求越来越高，常规的复合材料已经越来越不能满足人们的需求。现有已知的轻木芯、蜂窝芯或聚氨酯泡沫芯等既不能耐高温，又不具备优异的力学性能，因此急需要一种新型的夹芯材料出现。 [0003] 专利号为200580029564.7公开了一种夹层结构体，该夹层结构体（Ⅲ）由芯材（Ⅰ）和配置在该芯材（Ⅰ）两面的、由连续强化纤维（A）和基体树脂（B）构成的纤维强化材料（Ⅱ）构成，其中所述芯材（Ⅰ）具有空隙结构，所述空隙是通过发泡体的气泡形成，或芯材由不连续强化纤维和热塑性树脂构成，所述空隙由在该强化纤维的长丝之间相互交叉处形成的空隙形成。但该夹层结构体是采用普通的树脂成型成夹层结构体的碳纤维复合材料板材，是目前市场上的普通制造方案，存在强度低，刚性不够，成型周期长，生产自动化程度低，成本高等问题。 [0004] PMI泡沫全名是聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，与传统泡沫相比具有强度高、质量轻、刚性好、无卤、耐高温等性能，是性能最为优越的闭孔工程泡沫。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种强度高、质量轻、层间粘结好、不易脱层分裂、耐冲击、耐高温、耐腐蚀等优良性能的具有PMI夹芯的复合材料结构体。 [0006] 本发明的另一目的是提供上述具有PMI夹芯的复合材料结构体的制备方法。 [0007] 本发明的再一目的是提供上述具有PMI夹芯的复合材料结构体的应用。 [0008] 本发明是通过以下技术方案实现：一种具有PMI夹芯的复合材料结构体，包括芯材（Ⅰ）及配置在该芯材（Ⅰ）上下表面的蒙皮层（Ⅱ），所述蒙皮层由树脂基纤维增强复合材料构成，所述芯材（Ⅰ）为PMI泡沫，所述 3 3 芯材（Ⅰ）的比重为75kg/ m ~200kg/ m，厚度为0.4mm ~5.0mm。 [0009] 所述PMI泡沫的弹性模量根据ASTM D638 测试为≥80MPa，剪切模量根据ASTM D638 测试为≥25MPa，剪切强度根据ASTM D638 测试为≥1.2MPa；比重优选为110kg/3 3 m~150kg/m，厚度优选为0.6mm ~1.2mm。 [0010] 优选的，所述蒙皮层（Ⅱ）中的树脂基体可以为热固性树脂，具体优选为环氧树脂、酚醛树脂、环氧酚醛树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂中的一种或几种；所述蒙皮层（Ⅱ）中的纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种，其中树脂基体的含量为30wt%~45wt%，优选含量为35wt%~40wt%。当蒙皮层（Ⅱ）中的树脂基体为热固性树脂时，在芯材（Ⅰ）和蒙皮层（Ⅱ）中间配制过渡胶膜粘结层（Ⅲ）。所述过渡胶膜粘结层（Ⅲ）3 由树脂胶膜或树脂基纤维增强材料组成，厚度为0.02mm~2.0mm，比重为0.9g/cm~1.3g/ 3 cm。 [0011] 所述树脂胶膜是由环氧树脂、酚醛树脂、环氧酚醛树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂中的一种或几种构成；所述树脂基纤维增强材料中的树脂基体为环氧树脂、酚醛树脂、环氧酚醛树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂中的一种或几种，其中树脂基体的含量为35wt%~70wt%； 纤维增强材料可以为连续的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种，具有连续平铺或编织布纤维外观结构，其中，玻璃纤维编织布的规格为25gsm~300gsm。 纤维增强材料还可以为不连续的尺寸大于2mm的长纤维或尺寸小于2mm的短纤维构成的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种，所述树脂基体与不连续纤维经过互相浸润后交叉形成空隙结构。 [0013] 所述过渡胶膜粘结层（Ⅲ）的作用主要是配合蒙皮层（Ⅱ）和芯材（Ⅰ）作为粘接剂，增加二者之间的粘结力。 [0014] 优选的，所述蒙皮层（Ⅱ）中的树脂基体还可以为热塑性树脂，具体优选为聚丙烯PP、聚乙烯 PE、聚酰胺 PA、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT 、聚醚酰亚胺PEI 、聚碳酸酯PC、聚醚砜PES、聚醚醚酮PEEK、聚酰亚胺PI 或聚酰胺酰亚胺PAI中的一种或几种；纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种，其中树脂基体的含量为30wt%~60wt%，优选含量为35wt%~50wt%。 [0015] 本发明上述的具有PMI夹芯的复合材料结构体的制备方法，包括如下步骤：当蒙皮层（Ⅱ）中的树脂基体为热固性树脂时，其步骤包括在芯材（Ⅰ）上下表面贴覆过渡胶膜粘结层（Ⅲ），然后再在过渡胶膜粘结层（Ⅲ）上贴覆蒙皮层（Ⅱ），最后通过模压或层压加热的方式成型，加热的温度为140℃~180℃之间，压力为0.3MPa~10MPa 之间，成型时间为1min~30min之间。其中，PMI泡沫夹芯通过机械切割方式切割成所需厚度；上下表面蒙皮层为热固性树脂基纤维增强复合材料构成，需要在-18℃—5℃的冷库储存，通过在室温解冻后裁剪加工成需要尺寸的复合材料片材，然后在室温下根据铺层设计要求，叠层需要的结构厚度的预浸料片材；过渡胶膜粘结层（Ⅲ）也是通过室温解冻和裁剪加工成与PMI泡沫夹芯尺寸一样的片材；所需要的模具为钢制或铝制模具，具有一定厚度的模腔，模腔上下表面光滑，具有优异的脱模效果，也可以通过喷涂脱模剂或者贴具有脱模效果的离型膜的作用起到脱模效果。 [0016] 当蒙皮层（Ⅱ）中的树脂基体为热塑性树脂时，因为热塑性树脂具有很高树脂含量及表面可塑性，因此不需要在PMI泡沫夹芯上下表面贴覆过渡胶膜粘结层（Ⅲ），其步骤包括将蒙皮层（Ⅱ）层叠在所述芯材（Ⅰ）的上下表面，通过模具加热、平板加热或钢带加热后冷却成型，加热的温度为150℃~300℃之间，成型加热加压时间为1s~600s，冷却时间为1s~120s。 [0017] 本发明上述的具有PMI夹芯的复合材料结构体在3C行业、家电行业、汽车行业、航空航天或轨道交通行业中的应用。 [0018] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：1） 本发明制备的PMI泡沫夹芯的复合材料结构体具有强度高、质量轻、层间粘结好、不易脱层分裂、耐冲击、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在同等厚度下，强度与铝合金媲美，重量则不到铝合金的四分之一； 2） 本发明的制备工艺简单，可应用于3C行业、家电行业、汽车行业、航空航天或轨道交通行业中。 附图说明 [0019] 图1为本发明具有PMI夹芯的复合材料结构体的结构示意图。 具体实施方式[0020] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。 [0021] 本发明实施例和对比例中所采用的材料如下：PMI泡沫：市购。 [0022] 实施例1：如图1所示，一种具有PMI夹芯的复合材料结构体，包括芯材（Ⅰ）、配置在该芯材（Ⅰ）上下表面的蒙皮层（Ⅱ），以及配制在芯材（Ⅰ）和蒙皮层（Ⅱ）中间的胶膜层（Ⅲ）。 [0023] 其制备工艺如下：3 将PMI结构泡沫（比重为75kg/m）切割成1.0mm厚度以作为芯材，根据ASTM D638测试标准，芯材的弹性模量测试为≥80MPa，剪切模量≥25MPa，剪切强度≥1.2MPa； 将由40wt%热固性环氧树脂和玻璃纤维编织布（规格50gsm）构成的过渡胶膜粘结层（厚度为0.05mm）通过室温解冻和裁剪加工成与PMI尺寸一样的片材，在PMI泡沫上下表面该贴覆过渡胶膜粘结层； 然后再在过渡胶膜粘结层上贴覆由环氧树脂和35wt%碳纤维3K编织布构成的蒙皮层，最后在钢制模具中通过模压加热的方式成型，加热的温度为140℃，压力为0.5MPa，成型时间为10min，即得具有PMI夹芯的复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0024] 实施例2：3 将PMI结构泡沫（比重为110kg/m）切割成0.6mm厚度以作为芯材，根据ASTM D638测试标准，芯材的弹性模量测试为≥80MPa，剪切模量≥25MPa，剪切强度≥1.2MPa； 将由35wt%热固性环氧树脂和连续碳纤维构成的过渡胶膜粘结层（厚度为0.05mm）通过室温解冻和裁剪加工成与PMI尺寸一样的片材，在PMI泡沫上下表面该贴覆过渡胶膜粘结层； 然后再在过渡胶膜粘结层上贴覆由环氧树脂和40wt%连续碳纤维构成的蒙皮层，最后在钢制模具中通过模压加热的方式成型，加热的温度为150℃，压力为1.0MPa，成型时间为 20min，即得具有PMI夹芯的复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0025] 实施例3：3 将PMI结构泡沫（比重为150kg/m）切割成3.0mm厚度以作为芯材，根据ASTM D638测试标准，芯材的弹性模量测试为≥80MPa，剪切模量≥25MPa，剪切强度≥1.2MPa； 将由热固性环氧树脂构成过渡胶膜粘结层（厚度为0.07mm）通过室温解冻和裁剪加工成与PMI尺寸一样的片材，在PMI泡沫上下表面该贴覆过渡胶膜粘结层； 然后再在过渡胶膜粘结层上贴覆由环氧树脂和30wt%玄武岩纤维编织布构成的蒙皮层，最后在钢制模具中通过模压加热的方式成型，加热的温度为160℃，压力为2.0MPa，成型时间为15min，即得具有PMI夹芯的复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0026] 实施例4：3 将PMI结构泡沫（比重为200kg/m）切割成1.0mm厚度以作为芯材，根据ASTM D638测试标准，芯材的弹性模量测试为≥80MPa，剪切模量≥25MPa，剪切强度≥1.2MPa； 将由聚丙烯PP树脂和35wt%连续碳纤维构成的蒙皮层层叠在PMI泡沫的上下表面，通过模具加热加热后冷却成型，加热的温度为260℃，成型加热加压时间20s，冷却时间为 30s，即得具有PMI夹芯的复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0027] 实施例5：3 将PMI结构泡沫（比重为100kg/m）切割成1.2mm厚度以作为芯材，根据ASTM D638测试标准，芯材的弹性模量测试为≥80MPa，剪切模量≥25MPa，剪切强度≥1.2MPa； 将由聚丙烯PE树脂和50wt%连续碳纤维构成的蒙皮层层叠在PMI泡沫的上下表面，通过模具加热加热后冷却成型，加热的温度为260℃，成型加热加压时间30s，冷却时间为 50s，即得具有PMI夹芯的复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0028] 对比例1：芯材使用（邵和电工（株）制“EFCELL（注册商标）”RC2010，独立发泡聚丙烯（厚度1.0mm， 3 比重0.48 g/cm）； 将由40wt%热固性环氧树脂和玻璃纤维编织布（规格50gsm）构成的过渡胶膜粘结层（厚度为0.05mm）通过室温解冻和裁剪加工成与发泡聚丙烯尺寸一样的片材，在发泡聚丙烯上下表面该贴覆过渡胶膜粘结层； 然后再在过渡胶膜粘结层上贴覆由环氧树脂和35wt%碳纤维3K编织布构成的蒙皮层，最后在钢制模具中通过模压加热的方式成型，加热的压力控制在100kg，温度控制在 150℃，时间保持10min，即得复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0029] 对比例2：芯材使用（邵和电工（株）制“EFCELL（注册商标）”RC2010，独立发泡聚丙烯（厚度1.0mm， 3 比重0.48 g/cm）； 将由聚丙烯PP树脂和35wt%连续碳纤维构成的蒙皮层层叠在发泡聚丙烯的上下表面，通过模具加热加热后冷却成型，加热的温度为260℃，成型加热加压时间20s，冷却时间为 30s，即得复合材料结构体。测试其各项性能指标，结果见表1。 [0030] 表1 实施例1~5及对比例1~2的性能测试结果 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2 比重 0.75 0.7 0.3 0.8 1.0 1.0 0.96 厚度/mm 2.0 1.0 3.4 2.0 2.2 2.0 2.0 弯曲模量/ Gpa51 67 53 48 40 38 32 弯曲强度/ Mpa610 700 300 500 420 300 260 各项性能测试方法： 比重：按GB1033-86，测试夹层结构体的比重； 厚度：通过千分尺或者游标卡尺测试板材厚度； 弯曲强度：塑料弯曲性能试验GB/T9341-2008； 弯曲模量：塑料弯曲性能试验GB/T9341-2000。 |
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