CN107984866A

CN107984866A - 防分层多层复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN107984866A
Application number: CN201711252343.7A
Authority: CN
Inventors: 竺铝涛
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2018-05-04

Abstract

本发明提供一种防分层多层复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)、制备环氧树脂组合物；2)、叠放纤维布层，采用缝纫线将纤维布层缝纫成一个整体纤维布层；3)、将整体纤维布层铺设在模具中；4)、模具和整体纤维布层置入真空袋中，真空泵连接真空袋上的一个接口，环氧树脂组合物连接真空袋上的另一个接口，抽出真空袋中的空气，同时环氧树脂组合物被抽入真空袋中，环氧树脂组合物充分浸润整体纤维布层；5)、加热真空袋，将整体纤维布层和环氧树脂组合物高压固化成多层复合材料；6)、多层复合材料脱模，然后裁剪多层复合材料；7)、防分层多层复合材料制备完成；制得的防分层多层复合材料的抗冲击性能比原叠层织物要高很多。

Description

防分层多层复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料，具体涉及一种防分层多层复合材料的制备方法。

背景技术

在现有的多层织物复合材料中，有采用三维正交和三维铰链锁等织物来解决分层问题，但是以上织物需要特定的三维织机，并且织机的生产效率较低，三维织物织造复杂，纱线需要经受摩擦导致力学性能的下降。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能制备获得高强度复合材料的防分层多层复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种防分层多层复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、制备环氧树脂组合物；

2)、叠放纤维布层，采用缝纫线将纤维布层缝纫成一个整体纤维布层；

3)、将整体纤维布层铺设在模具中；

4)、模具和整体纤维布层置入真空袋中，真空泵连接真空袋上的一个接口，环氧树脂组合物连接真空袋上的另一个接口，抽出真空袋中的空气，同时环氧树脂组合物被抽入真空袋中，环氧树脂组合物充分浸润整体纤维布层；

5)、加热真空袋，将整体纤维布层和环氧树脂组合物高压固化成多层复合材料；

6)、多层复合材料脱模，然后裁剪多层复合材料；

7)、防分层多层复合材料制备完成。

作为对本发明防分层多层复合材料的制备方法的改进，步骤2)中：

叠放十四层纤维布层，每层纤维布层中的碳纤维的铺层角度分别为+45°/-45°/0°/0°/+45°/-45°/90°/90°/-45°/+45°/0°/0°/-45°/+45°，采用缝纫线将十四层纤维布层缝纫成一个整体纤维布层。

作为对本发明防分层多层复合材料的制备方法的进一步改进，步骤2)中：

叠放十四层纤维布层，每层纤维布层中的碳纤维的铺层角度分别为0°/0°/+45°/-45°/+45°/-45°/90°/90°/-45°/+45°/-45/+45°/0°/0°，采用缝纫线将十四层纤维布层缝纫成一个整体纤维布层。

作为对本发明防分层多层复合材料的制备方法的进一步改进：步骤2)中采用缝纫线将十四层纤维布层缝纫成一个整体纤维布层的过程为：

先从俯视十四层纤维布层时的十四层纤维布层左下角开始，采用缝纫线从十四层纤维布层的上表面从上往下竖直穿过十四层纤维布层，缝纫线从左到右横向平移一段距离，接着缝纫线从下往上穿过十四层纤维布层，然后缝纫线继续从左到右横向平移一段距离，重复上述过程，直至十四层纤维布层一边缝制完成；接着缝纫线纵向向上平移一段距离，然后缝纫方向改为从右到左横向平移，采用上述的缝制方式缝制完这条边；缝纫线交替从右到左和从左到右缝制，直到十四层纤维布层全部缝纫完成。

作为对本发明防分层多层复合材料的制备方法的进一步改进，步骤1)中制备环氧树脂组合物的过程为：

取按重量份计的80份A850型环氧树脂、15份丁基缩水甘油醚、1份3-缩水甘油醚丙氧基三乙氧基硅烷和1份双季戊四醇二亚磷酸酯在20-30℃条件下搅拌30min直至混合均匀，添加0.6份BYK-A530消泡剂保持温度不变，搅拌15min，最后静置12小时制得A组份；

取按重量份计，30份异佛尔酮二胺、25份聚醚胺混合均匀制得B组份；

将A组份与B组份混合，在静态混合器搅拌均匀，室温下抽真空脱气泡10min制得环氧树脂组合物。

作为对本发明防分层多层复合材料的制备方法的进一步改进：所述缝纫线为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或涤纶纱线。

作为对本发明防分层多层复合材料的制备方法的进一步改进：所述缝纫线从左到右、从左到右和上移的距离都相同，距离为2-5cm。

本发明防分层多层复合材料的技术优势为：

对本发明制备的防分层多层复合材料进行弹道冲击试验，通过试验发现，该产品的抗冲击性能比原叠层织物要高很多，且防分层多层复合材料没有发生分层现象。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为纤维布层中的碳纤维的铺层角度的示意图；铺设角度从上到下分别为+45°/-45°/0°/0°/+45°/-45°/90°/90°/-45°/+45°/0°/0°/-45°/+45°；

图2为缝纫线与纤维布层的结构示意图；

图2(a)为缝纫线与纤维布层的立体图；

图2(b)为缝纫线与纤维布层的横截面图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、防分层多层复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备环氧树脂组合物，过程为：

取按重量份计的80份A850型环氧树脂、15份丁基缩水甘油醚、1份3-缩水甘油醚丙氧基三乙氧基硅烷和1份双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯在20-30℃条件下搅拌30min直至混合均匀，添加0.6份BYK-A530消泡剂保持温度不变，搅拌15min，最后静置12小时制得A组份。

取按重量份计，30份异佛尔酮二胺、25份聚醚胺混合均匀制得B组份。

将A组份与B组份按照重量比100：30混合搅拌均匀，在静态混合器搅拌均匀，室温下抽真空脱气泡10min制得环氧树脂组合物。

叠放十四层纤维布层：

第一层纤维布层中的碳纤维+45°铺层(即为碳纤维+45°铺层作为第一层纤维布层)，第二层纤维布层中的碳纤维-45°铺层，第一层和第二层纤维布层赋予了复合材料(此时的纤维布层)良好的抗剪切性能，同时起到了防护磨损的作用，对整个复合材料起到了保护作用(第二层铺设在第一层上方，以此类推，本发明以纵向为0°方向)；

第三层和第四层纤维布层中的碳纤维0°铺层，赋予了整个复合材料在纵向(0°方向)良好的抗拉性能；

第五层纤维布层中的碳纤维+45°铺层，第六层纤维布层中的碳纤维-45°铺层，第五层和第六层纤维布层中赋予了复合材料良好的抗剪切、抗拉和抗压性能；

第七层纤维布层中的碳纤维90°铺层，赋予了复合材料在横向(90°方向)良好的抗拉性能。

第八层到第十四层作为第一层～第七层的对称铺层，铺设角度与之前的七层相反，增加了纤维布层的稳定性，有效防止复合材料加工过程产生翘曲等问题。

纤维布层的碳纤维方向是相对于纤维布层一条边而言铺设，以纤维布层一条边作为0°方向，相邻的另一条边为90°方向，铺设角度为[+45°/-45°/0°/0°/+45°/-45°/90°]s，其中s代表再对称设置一次，即铺设角度为[+45°/-45°/0°/0°/+45°/-45°/90°/90°/-45°/+45°/0°/0°/-45°/+45°]，如图1所示。纤维布层的碳纤维铺设角度也可以采用[0°/0°/+45°/-45°/+45°/-45°/90°]s，效果稍逊。

接着采用缝纫线(缝纫线为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或涤纶纱线)将各纤维布层缝纫成一个整体，在缝纫线的连接下，增强了各纤维布层之间的强度；铺层角度设定，使复合材料在不同方向的载荷下，有较强的承载能力。纤维布层为单向布、二维平纹布、斜纹布或者缎纹布。

在缝制过程中，先从十四层纤维布层左下角开始(也可以是任意一角，一般采用缝纫线距离十四层纤维布层最近的两边缘都为5cm，左下角指的是在十四层纤维布层的俯视图的左下角)，采用细长的缝纫线从十四层纤维布层的上表面从上往下竖直穿过十四层纤维布层到达十四层纤维布层的下表面，然后再从十四层纤维布层的下表面从下往上穿过，缝纫线横向移动(从左到右)一段距离，该距离为2-5cm，接着缝纫线从下往上穿过十四层纤维布层，然后缝纫线继续横向移动(从左到右)移动2-5cm，重复上述过程，直至十四层纤维布层一边缝制完成(可以设置为在缝纫线穿过十四层纤维布层后判断，缝纫线距离十四层纤维布层右边缘小于5cm为这条边缝纫完成)；接着缝纫线纵向向上平移(水平方向上的与横向垂直的方向，即为在十四层纤维布层俯视图中向上移动)2-5cm，缝纫线横向移动改为从右到左，缝制完成十四层纤维布层这一条边；然后缝纫线再上移2-5cm，缝纫线横向移动重新改为从左到右。重复上述过程(缝纫线从左到右和从左到右交替缝制)，直至整个十四层纤维布层完成缝制(可以设置为在缝纫线穿过十四层纤维布层后判断，缝纫线距离十四层纤维布层上边缘小于5cm为整个缝纫完成)，形成整体纤维布层。

即为先从左到右缝，然后缝纫线上移，再从右到左缝，缝纫线再上移，重复此过程，直至完成缝制。缝纫的过程和缝鞋底相似。

缝纫线水平移动(横向移动和上移)的距离都相同，为2-5cm，即针距为2-5cm。如果针距太密(＜2cm)就会浪费工序；针距太大(＞5cm)，横向上的缝纫线起到的固定作用会降低。

将整体纤维布层放入模具中(模具为现有的带有凹槽的模具，十四层纤维布层铺设在模具的凹槽中)；然后采用现有的VARTM成型技术，即真空辅助树脂传递模压法，在模具和纤维布层外侧套上真空袋，真空泵连接真空袋上的一个接口，环氧树脂组合物连接真空袋上的另一个接口，抽出真空袋中的空气，同时环氧树脂组合物被抽入真空袋中，环氧树脂组合物充分浸润整体纤维布层，整个抽真空和注入环氧树脂组合物的过程在40℃恒温条件下进行。接着加热真空袋，整体纤维布层和环氧树脂组合物高压固化成多层复合材料。多层复合材料脱模，然后裁剪多层复合材料，将多层复合材料裁剪成需要的形状，防分层多层复合材料制备完成。

通过试验，本发明制备的防分层多层复合材料在冲击加载下，该产品的抗冲击性能比现有的原叠层织物提高，且防分层多层复合材料没有发生分层现象。证实本发明可在满足结构强度的要求下，保证本发明制备的防分层多层复合材料的整体刚度。

对比例1：实施例1中的纤维布层，每层纤维布层中的碳纤维的铺设角度分别如表1所示；其余等同于实施例1。

表1

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、制备环氧树脂组合物；

3)、将整体纤维布层铺设在模具中；

6)、多层复合材料脱模，然后裁剪多层复合材料；

7)、防分层多层复合材料制备完成。

2.根据权利要求1所述的防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中：

3.根据权利要求1所述的防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中：

4.根据权利要求2或3所述的防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中采用缝纫线将十四层纤维布层缝纫成一个整体纤维布层的过程为：

俯视十四层纤维布层，先从十四层纤维布层左下角开始，采用缝纫线从十四层纤维布层的上表面从上往下竖直穿过十四层纤维布层，缝纫线从左到右横向平移一段距离，接着缝纫线从下往上穿过十四层纤维布层，然后缝纫线继续从左到右横向平移一段距离，重复上述过程，直至十四层纤维布层一边缝制完成；接着缝纫线纵向向上平移一段距离，然后缝纫方向改为从右到左横向平移，采用上述的缝制方式缝制完这条边；缝纫线交替从右到左和从左到右缝制，直到十四层纤维布层全部缝纫完成。

5.根据权利要求4所述的防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中制备环氧树脂组合物的过程为：

6.根据权利要求5所述的防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于：所述缝纫线为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或涤纶纱线。

7.根据权利要求6所述的防分层多层复合材料的制备方法，其特征在于：所述缝纫线从左到右、从左到右和上移的距离都相同，距离为2-5cm。