本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體為一種麻織物預(yù)浸料及其復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)人們對(duì)于高分子材料的研究逐漸從單一材料轉(zhuǎn)向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而作為增強(qiáng)體使用的纖維主要包括芳綸纖維、碳纖維以及玻璃纖維等高性能纖維，它們?cè)诤娇蘸教臁⑵?、建筑、休閑運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其是玻璃纖維因其優(yōu)良的機(jī)械性能和廉價(jià)的市場(chǎng)，最為居多。但這些性能良好的纖維也存在諸如加工困難、耗能大、造價(jià)高、易造成環(huán)境污染等問(wèn)題，對(duì)于環(huán)保要求愈來(lái)愈高的當(dāng)代社會(huì)，以上諸缺點(diǎn)勢(shì)必會(huì)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的生產(chǎn)加工產(chǎn)生制約作用。但是隨著對(duì)天然纖維的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)天然纖維存在著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：其一是因?yàn)樘烊焕w維資源豐富，價(jià)格低廉，密度比所有無(wú)機(jī)纖維都小，而模量和拉伸強(qiáng)度卻與玻璃纖維等無(wú)機(jī)纖維相近；其二是天然纖維復(fù)合材料加工時(shí)耗能少，對(duì)加工設(shè)備的損耗小，有利于節(jié)約能源；而它最突出的優(yōu)點(diǎn)是其具有生物降解性和可再生性，這是其它任何增強(qiáng)材料無(wú)法比擬的。而植物纖維織物在做預(yù)浸料時(shí)，存在耗時(shí)、加工困難、成本高等因素，因此本專利研發(fā)出植物纖維織物預(yù)浸料的制備工藝，以便于工業(yè)化生產(chǎn)。所做復(fù)合材料可應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、建筑等復(fù)合材料領(lǐng)域。在申請(qǐng)人檢索的范圍內(nèi)，尚未發(fā)現(xiàn)用浸膠機(jī)制備麻織物預(yù)浸料的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種麻織物增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基預(yù)浸料及復(fù)合材料制備方法。該制備方法包括浸膠機(jī)參數(shù)調(diào)試、預(yù)浸料制備、復(fù)合材料制備三個(gè)步驟。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，一種麻織物增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基預(yù)浸料及復(fù)合材料制備方法，該制備方法采用面密度為100-180g/m2，厚度為0.3-0.7mm的麻織物為增強(qiáng)體，環(huán)氧樹(shù)脂為基體，使用浸膠機(jī)制備預(yù)浸料，再采用模壓工藝制備復(fù)合材料。流程包括浸膠機(jī)參數(shù)調(diào)試、預(yù)浸料制備、模壓復(fù)合材料三個(gè)步驟。
所述的環(huán)氧樹(shù)脂(YJ-80)為中溫固化樹(shù)脂；
所述浸膠機(jī)參數(shù)調(diào)試，是對(duì)樹(shù)脂膠液濃度，壓輥間距，烘箱溫度，走步速度四個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，樹(shù)脂膠液為丙酮稀釋環(huán)氧樹(shù)脂得到，濃度為40％-60％，壓輥間距為織物厚度的70％(0.21-0.49mm)，烘箱溫度為30-70℃，走步速度為20-40Hz；
所述預(yù)浸料制備，根據(jù)預(yù)浸料性能要求調(diào)試浸膠機(jī)參數(shù)，得到滿足要求預(yù)浸料；
所述的復(fù)合材料制備，是指采用模壓工藝及上述步驟所得預(yù)浸料制備復(fù)合材料，模壓溫度120-140℃，模壓時(shí)間1.5-2.5h，模壓壓力5-15MPa，纖維與環(huán)氧樹(shù)脂體積比為(60∶40)-(40∶60)。
本發(fā)明所涉及麻織物增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基預(yù)浸料及復(fù)合材料制備方法的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)對(duì)浸膠機(jī)參數(shù)進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)研究，所得預(yù)浸料外觀均勻，延展性好，粘性適中，揮發(fā)分含量小于2％，流動(dòng)度20％左右，所開(kāi)發(fā)的預(yù)浸料可滿足工業(yè)化復(fù)合材料用預(yù)浸料的要求；該制備方法生產(chǎn)效率高，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了麻織物預(yù)浸料的機(jī)械化生產(chǎn)，解決了麻織物預(yù)浸料手工制作耗時(shí)、加工困難、成本高等問(wèn)題；可直接使用該麻織物預(yù)浸料制備復(fù)合材料，進(jìn)而制作出成本低，降解性能好，環(huán)保型的麻織物增強(qiáng)復(fù)合材料；該復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為100-120MPa，彎曲強(qiáng)度為150-200MPa，剪切強(qiáng)度為15-19MPa，可用于汽車、建筑等領(lǐng)域，從而推廣麻纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。這些實(shí)施例僅適用于詳細(xì)具體說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，并不限制本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
苧麻布/環(huán)氧樹(shù)脂(纖維與樹(shù)脂體積比為60∶40)預(yù)浸料及復(fù)合材料制備。
1麻織物及環(huán)氧樹(shù)脂膠液準(zhǔn)備
取幅寬30cm，長(zhǎng)20m，厚度0.3mm，面密度為135g/m2的苧麻布810g(苧麻纖維密度1.5g/m3)，需要將432g環(huán)氧樹(shù)脂(密度1.2g/m3)溶于648g丙酮，即濃度40％的膠液1080g。
由于預(yù)浸料制備過(guò)程中膠液會(huì)不斷減少，當(dāng)膠液少于600g時(shí)，膠液不能沒(méi)過(guò)浸膠輥，因此可實(shí)際配制1680g膠液以確保所有預(yù)浸料制備完成。
2浸膠機(jī)參數(shù)調(diào)試
當(dāng)膠液濃度為40％，溫度65℃，速度30Hz，壓輥間距0.21mm時(shí)，所得到預(yù)浸料纖維與樹(shù)脂體積比為60∶40，揮發(fā)分含量為1.82％，流動(dòng)度18.71％，可滿足工業(yè)用預(yù)浸料揮發(fā)分≤2％，流動(dòng)度12-20％的要求。
3預(yù)浸料制備
將配制成濃度40％的膠液倒入膠槽。調(diào)整浸膠機(jī)參數(shù)溫度65℃，走步速度30Hz，壓輥間距0.21mm，將卷好的苧麻布走過(guò)浸膠機(jī)，制備幅寬30cm預(yù)浸料。
4復(fù)合材料制備
采用模壓成型工藝制備苧麻布/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，苧麻纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的體積比分別為60∶40。取上述步驟制備的苧麻布預(yù)浸料，先將預(yù)浸料疊層放在液壓機(jī)上，在10MPa壓強(qiáng)下室溫壓制10min，使織物與樹(shù)脂浸透均勻，隨后將預(yù)浸料在3MPa、130℃條件下壓制3min，卸壓1min，再3MPa，130℃下壓制3min，卸壓，最后在10MPa、130℃下壓制2h，冷卻至室溫后取出。
所得復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為117.68MPa，模量為8.11GPa；彎曲強(qiáng)度為170.34MPa，模量為11.00GPa；剪切強(qiáng)度為18.10MPa。
實(shí)施例2
苧麻布/環(huán)氧樹(shù)脂(纖維與樹(shù)脂體積比為50∶50)預(yù)浸料及復(fù)合材料制備。
1麻織物及環(huán)氧樹(shù)脂膠液準(zhǔn)備
取幅寬30cm，長(zhǎng)20m，厚度0.3mm，面密度為135g/m2的苧麻布810g(苧麻纖維密度1.5g/m3)，需要將648g環(huán)氧樹(shù)脂(密度1.2g/m3)溶于648g丙酮，即濃度50％的膠液1296g。
由于預(yù)浸料制備過(guò)程中膠液會(huì)不斷減少，當(dāng)膠液少于600g時(shí)，膠液不能沒(méi)過(guò)浸膠輥，因此可實(shí)際配制1896g膠液以確保所有預(yù)浸料制備完成。
2浸膠機(jī)參數(shù)調(diào)試
當(dāng)膠液濃度為50％，溫度65℃，速度30Hz，壓輥間距0.21mm時(shí)，所得到預(yù)浸料纖維與樹(shù)脂體積比為50∶50，揮發(fā)分含量為1.91％，流動(dòng)度19.36％，滿足工業(yè)用預(yù)浸料揮發(fā)分≤2％，流動(dòng)度12-20％的要求。
3預(yù)浸料制備
將配制成濃度50％的膠液倒入膠槽。調(diào)整浸膠機(jī)參數(shù)溫度65℃，走步速度 30Hz，壓輥間距0.21mm，將卷好的苧麻布走過(guò)浸膠機(jī)，制備幅寬30cm預(yù)浸料。
4復(fù)合材料制備
采用模壓成型工藝制備苧麻布/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，苧麻纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的體積比分別為50∶50。取上述步驟制備的苧麻布預(yù)浸料，先將預(yù)浸料疊層放在液壓機(jī)上，在10MPa壓強(qiáng)下室溫壓制10min，使織物與樹(shù)脂浸透均勻，隨后將預(yù)浸料在3MPa、130℃條件下壓制3min，卸壓1min，再3MPa，130℃下壓制3min，卸壓，最后在10MPa、130℃下壓制2h，冷卻至室溫后取出。
所得復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為109.16MPa，模量為7.35GPa；彎曲強(qiáng)度為155.07MPa，模量為11.01GPa；剪切強(qiáng)度為15.07MPa。
實(shí)施例3
洋麻/棉(40/60)(纖維與樹(shù)脂體積為60∶40)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料及復(fù)合材料制備。
1麻織物及環(huán)氧樹(shù)脂膠液準(zhǔn)備
取幅寬30cm，長(zhǎng)10m，厚度0.6mm，面密度為150g/m2的苧麻布450g(纖維密度1.42g/m3，洋麻密度為1.3g/m3，棉麻纖維密度1.5g/m3)，需要將253.5g環(huán)氧樹(shù)脂(密度1.2g/m3)溶于380.25g丙酮，即濃度40％的膠液633.75g。
由于預(yù)浸料制備過(guò)程中膠液會(huì)不斷減少，當(dāng)膠液少于600g時(shí)，膠液不能沒(méi)過(guò)浸膠輥，因此可實(shí)際配制1233.75g膠液以確保所有預(yù)浸料制備完成。
2浸膠機(jī)參數(shù)調(diào)試
當(dāng)膠液濃度為40％，溫度65℃，速度30Hz，壓輥間距0.42mm時(shí)，所得到預(yù)浸料纖維與樹(shù)脂體積比為60∶40，揮發(fā)分含量為1.95％，流動(dòng)度18.97％，可滿足工業(yè)用預(yù)浸料揮發(fā)分≤2％，流動(dòng)度12-20％的要求。
3預(yù)浸料制備
將配制成濃度40％的膠液倒入膠槽。調(diào)整浸膠機(jī)參數(shù)溫度65℃，走步速度30Hz，壓輥間距0.42mm，將卷好的苧麻布走過(guò)浸膠機(jī)，制備幅寬30cm預(yù)浸料。
4復(fù)合材料制備
采用模壓成型工藝制備洋麻/棉增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的體積比分別為60∶40。取上述步驟制備的洋麻/棉織物預(yù)浸料。先將預(yù)浸料疊層放在液壓機(jī)上，在10MPa壓強(qiáng)下室溫壓制10min，使織物與樹(shù)脂浸透均勻，隨后 將預(yù)浸料在3MPa、130℃條件下壓制3min，卸壓1min，再3MPa，130℃下壓制3min，卸壓，最后在10MPa、130℃下壓制2h，冷卻至室溫后取出。
所得復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為108.84MPa，模量為7.54GPa；彎曲強(qiáng)度為189.65.34MPa，模量為12.01GPa；剪切強(qiáng)度為17.46MPa。
通過(guò)以上實(shí)施例可以看出該方法可制備麻纖維預(yù)浸料及復(fù)合材料。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。