專利名稱：金屬絲、帶增強塑料多層復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強度輕質(zhì)復(fù)合材料，是一種金屬絲、帶增強塑料復(fù)合材料。
纖維增強高聚物結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，由于其強度高、質(zhì)量輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、一絕緣等性能，在飛機、汽車、船艇的外殼和結(jié)構(gòu)部件上，日益獲得廣泛應(yīng)用。在高聚物結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，發(fā)展最快和產(chǎn)量最大的是各種纖維增強塑料。所用的增強劑或增強用纖維有玻璃纖維、聚芳酰胺纖維、碳纖維等;基體材料或塑料有各種熱固性樹脂如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂等，以及多種熱塑性塑料如尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)樹脂等。高強纖維增強高聚物復(fù)合材料的比強度為鋼的7倍以上，比彈性模量為鋼的3倍。例如鋼的密度為7.8g/cm3、抗拉強度為103Kgf/mm2、比強度為1.3×10mm2/S2彈性模量為2.1×104kgf/mm2、比模量為2.7×1012mm2/s2;而玻璃纖維一環(huán)氧樹脂的密度為2.0g/cm3、強度為150Kgf/mm2、比強度為7.5×10mm2/S2，彈性模量0.42×10Kgf/mm2、比模量為2.1×1012mm2/S2;碳纖維一環(huán)氧樹脂的密度為1.5g/cm3，抗拉強度在190Kgf/mm2以上，比強度為12.7×1010mm2/S2，彈性模量為1.5×104Kgf/mm2，比模量為10.0×1012mm2/S2。
目前纖維增強復(fù)合材料已廣泛用于航空、航天工業(yè)中，以減輕飛機和宇宙飛行器的重量。民用汽車、船艇等，也越來越多地傾向使用復(fù)合材料制造某些結(jié)構(gòu)部件，以減輕車身的重量而節(jié)約燃料、增加行駛速度和耐環(huán)境、耐海水腐蝕、絕熱等。但是目前的玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、硼纖維等增強高性能樹脂如聚碳酸酯、聚胺酯、聚芳酰胺、聚芳酯、聚酰亞胺、液晶聚合物等復(fù)合材料，由于價格較高還難于獲得大量民用，尤其在耗量巨大的汽車工業(yè)上應(yīng)用。
現(xiàn)有纖維增強塑料型復(fù)合材料的通常制法是，用所需要的纖維(長絲、短纖維、纖維氈、織物、三向織物)等作骨架，然后用液態(tài)熱固性樹脂進行浸漬、預(yù)成型，再經(jīng)加熱加壓固化。對于熱塑性塑料或樹脂，可在擠出機中與短纖維混合造粒，然后注射成型。例如一篇日本專利申請文獻就加工成型方法描述了纖維增強塑料葉片用作汽車彈簧板的制造技術(shù)。是用碳纖維和玻璃纖維單股纖維擰成多股膠合纖維，再排列成帶狀，即做成編織物。再把環(huán)氧樹脂、苯酚樹脂、聚酯和硅酮樹脂等熱固性樹脂浸漬到織物里去，經(jīng)過去除氣泡而形成一種預(yù)制纖維層。然后將預(yù)制纖維層通過注塑機，使纖維帶在注塑成型機模具內(nèi)受到10Kg/cm2的壓力并加熱到樹脂固化溫度，固化制成板彈簧。據(jù)說這種轎車可使用單葉板彈簧，其重量僅為3.6公斤，可替代重量為18.6公斤的原10片鋼質(zhì)彈簧。
本發(fā)明的目的正是為了尋求一些價格低廉、質(zhì)輕、加工工藝簡便、且強度優(yōu)良的汽車、船艇外殼及結(jié)構(gòu)部件用復(fù)合材料。經(jīng)過大量實驗，已研制出一種價錢便宜實用、高強度、輕質(zhì)的金屬絲、帶增強熱塑性塑料多組份多層復(fù)合材料，達到了上述目的，解決了復(fù)合材料大量應(yīng)用于汽車和船艇外殼等結(jié)構(gòu)部件的問題。
本發(fā)明為一種金屬絲、帶增強塑料復(fù)合材料，它為多層和多組份的層壓品第一層(表層)為熱塑性塑料板，含有抗紫外線無機物細粉如320～2000目的鈦白粉(TiO2)、鋅白、炭黑、石英巖石粉等，同時添加有機紫外線吸收劑(光穩(wěn)定劑)如苯并三唑類、三嗪類、哌嗪類及受阻胺類等，添加的阻燃劑為三苯基銻、十溴聯(lián)苯醚、四溴雙酚A、環(huán)氧氯丙烷等，此外視需要而添加染料。無機物或石粉的添加量為塑料板材制作的常規(guī)量;光穩(wěn)定劑占塑料重量的0.01～0.5%;阻燃劑添加量為復(fù)合材料總重量的1～5%。上面所說的熱塑性塑料為ABS、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。所用的光穩(wěn)定劑苯并三唑類為UV-3，2，6，即2(3′-叔丁基2′-羥式-5-甲基苯基)5-氯苯并三唑;三嗪類為2，4，6-三(2′-羥基-4′-正丁氧基本基-1，3，5-)三嗪;哌嗪類為4-苯甲酸基-2，2，6，6-四甲基哌嗪;受阻胺為[2，2′硫撐雙(4-叔丁基苯酚鎳)]叔丁基胺。第二層(中間層)為金屬絲或帶與玻璃纖維交替、縱橫排列，一般為縱橫相交成斜方網(wǎng)絡(luò)。金屬纖維可以是鋼絲、鉬絲或銅絲。第三層(基礎(chǔ)層)為無紡布浸漬飽含熱固性樹脂。無紡布由各種合成纖維制作，例如由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等制成。其中熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，不飽和聚酯，胺基樹脂等。由于金屬纖維和玻璃纖維是排列于無紡布中，所以第二和第三層實際上合并為基礎(chǔ)層。在基礎(chǔ)層下面可視需要附加一層蜂窩紙作為填充層;在蜂窩紙層下面可再加貼一層軟墊層(泡沫塑料等)，以及橡塑材料制作的蒙皮層，蒙皮層為皮革式材料，如聚乙烯、聚胺酯或橡膠類等，增加其耐磨性能。(見

圖1)本發(fā)明多層和多組份復(fù)合材料的組合排列方式是第一層為熱塑性塑料薄板材，添加阻燃劑、光穩(wěn)定劑和無機物細粉，細粉的粒度為320目以上，第二層采用細度為0.15-0.5mm的金屬纖維和0.05-0.2毫米的玻璃纖維交替平行或縱橫成斜方網(wǎng)狀排列。第三層為合成纖維制的無紡布，浸漬和飽含熱;性樹脂，成膨脹狀態(tài)。
本發(fā)明的新型復(fù)合材料的加工成型方法，是利用真空成型機一次加工成型。成型加熱溫度為90～200℃，可采用手動間歇式操作，或自動連續(xù)加工成型。各層配制料，在真空機中加熱固化成成品。產(chǎn)品為900cm寬、1800cm長，厚度為0.8～10mm厚的層壓復(fù)合材料基本層。所制得的薄板狀復(fù)合材料，經(jīng)測試結(jié)果表明具有優(yōu)良的力學(xué)性能尺寸形狀穩(wěn)定，抗拉強度為100～200Kgt/mm2，彈性模量為0.4～1.0×10kgf/mm2，耐光熱和氣候影響;不吸濕;耐燃油和海水腐蝕，耐光和熱。
用上述金屬絲、帶增強塑料型復(fù)合材料，制造汽車、船艇外殼及某些結(jié)構(gòu)部件，同目前金屬材料部件相比，有優(yōu)良的機械強度，質(zhì)量輕，價格較低，加工簡易。
實施例一先取合成纖維聚丙烯腈無紡布浸漬以液態(tài)環(huán)氧樹脂作基礎(chǔ)層，然后在此底層上面用增強材料直徑為0.15mm的不銹鋼絲和細度為0.1mm的玻璃纖維縱橫相交成網(wǎng)狀排列。在該中間層上面復(fù)蓋以ABS樹脂，樹脂中予先軟化均勻分布添加適量的鈦白粉、光穩(wěn)定劑UV-326及適量的阻燃劑十溴聯(lián)苯醚。最后將預(yù)制品放入真空成聚型中，加熱至160～180℃，固化成金屬絲、帶和玻璃纖維增強塑料多層復(fù)合材料。經(jīng)強度測試，其抗拉強度為180Kgf/mm2，彈性模量為1.0×104Kgf/mm2，同時耐光熱和海水腐蝕。
實施例二取聚丙烯纖維無紡布浸漬以液體環(huán)氧樹脂作為基礎(chǔ)層;在其上面排列細度為0.2mm鉬絲和0.2mm的玻璃纖維，縱橫交織成網(wǎng)絡(luò);再在該中間層上面配置一層ABS樹脂，并預(yù)先添加適量的石英巖粉、占復(fù)合材料總重量4%的三苯基銻阻燃劑以及占熱塑性塑料性重量0.5%的2，4，6-三(2′-羥基-4′-正丁氧基苯基-1，3，5-)三嗪，制成予制品。最后在真空成型機中加熱到110℃～120℃進行斷化成型。所得產(chǎn)品的強度為160Kgf/mm2，模量為0.5×104Kgf/mm2，為一種適用于汽車和船艇外殼及基它結(jié)構(gòu)部件的復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種纖維增強塑料型復(fù)合材料，其特征在于為金屬絲、帶和玻璃纖維縱橫編織增強的多層復(fù)合物第一層(表層)為熱塑性塑料板，其中預(yù)先加熱軟化均勻添加無機物細粉、光穩(wěn)定劑、阻燃劑以及視需要添加的染料，第二層(中間層)為金屬絲和帶及玻璃纖維交替，縱橫相交排列成的網(wǎng)絡(luò)，第三層(基礎(chǔ)層)為合成纖維制成的無紡布，其中浸漬飽含熱固性樹脂，基礎(chǔ)層下面視需要可附加一層蜂窩紙，軟墊層和耐磨人造革類橡塑蒙皮。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維增強塑料復(fù)合材料，其特征在于第一層中的熱塑性塑料為ABS、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯，所說的無機細粉為320～2000目的鈦白、炭黑、石英巖石粉，所說的光穩(wěn)定劑為苯并三唑類如UV-3，2，6、三嗪類如2，4，6-三(2′-羥基-4′-正丁氧基苯基-1，3，5-)三嗪、哌嗪類如4-苯甲酸基-2，2，6，6-四甲基哌嗪、受阻胺〔2，2′-硫撐雙(4-叔丁基苯酚鎳)〕叔丁基胺，所說的阻燃劑為三苯基銻、十溴聯(lián)苯醚、四溴雙酚A、環(huán)氧氯丙烷，無機物細粉的添加量是按照國內(nèi)塑料板制作的常規(guī)量，所有光穩(wěn)定劑為熱塑性塑料重量的0.01～0.5%，阻燃劑的添加量為復(fù)合材料總重量的1～5%。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維增強塑料復(fù)合材料，其特征在于第二層中金屬絲和帶為鋼絲、銅絲和鉬絲，其細度為0.15～0.5mm，玻璃纖維直徑為0.05～0.2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維增強塑料塑復(fù)合材料，其特征在于第三層中的合成纖維無紡布是由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈制成的，其中熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、酚醛樹脂、胺基樹脂。
5.一種纖維增強塑料型復(fù)合材料的制造方法，其特征在于利用真空成型機一次加工成型為產(chǎn)品，成型溫度為90～200℃，可采用手動間歇式操作，或自動連續(xù)加工成型，產(chǎn)品為900cm寬、1800cm長、厚度0.8～10mm。
全文摘要
本發(fā)明為一種金屬絲帶增強塑料多層復(fù)合材料。其中第一層(表面層)為熱塑性塑料(如ABS)，它含有一定量的無機物細粉、光穩(wěn)定劑及阻燃劑；第二層為金屬纖維或金屬帶與玻璃纖維結(jié)合，相互縱橫交叉排列成網(wǎng)；第三層(基礎(chǔ)層)為合成纖維制成的無紡布浸漬以熱固性樹脂和環(huán)氧樹脂。在基礎(chǔ)層下面視需要還可附加蜂窩紙層和橡塑(人造革類)蒙皮層。這種復(fù)合材料具有高強度、輕質(zhì)、耐腐蝕、抗光熱、價錢較低、加工方法簡易，可用作汽車和船艇外殼等結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號B32B5/02GK1087858SQ921142
公開日1994年6月15日 申請日期1992年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月10日
發(fā)明者謝鈞謨 申請人:謝鈞謨