环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法

文档序号:3662322阅读:376来源:国知局
专利名称:环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法
技术领域
本发明的技术方案涉及高分子材料与泡沫金属材料形成的复合材料,具体地说是环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法。
背景技术
虽然高分子材料的阻尼性能优于泡沫铝,但在力学性能方面,金属材料的强度远高于高分子材料,为此,近些年具有阻尼性能的泡沫金属的研究逐渐成熟,近期又出现了具有阻尼性能的泡沫金属复合材 料的研究和应用,特别是填充高分子材料的泡沫铝复合材料的研究工作得以发展。这种在泡沫铝基础上填充高分子相所组成的复合材料,有望综合两者的优势而获得新型的泡沫铝复合材料。目前与泡沫铝复合的高分子材料包括硅橡胶、环氧树脂和松香。CN101733982A披露了一种泡沫铝基复合材料层合板,是一种三明治层合结构的复合材料,该方法对于基体泡沫铝的要求较高,需要制备整块的泡沫铝板作为制备前提,而且其形状仅限于板类,应用范围受到了限制。CN1820937阐述了一种以泡沫铝合金为基体的三明治层合结构的复合材料,该方法除了上述缺点之外,泡沫铝合金的生产工艺没有泡沫铝材料的工艺成熟,影响因子较多,且其基体材料的成本要高于泡沫铝材料。CN102501357A公开了聚合物/泡沫铝复合材料及其生产方法,主要是将泡沫铝嵌入模具内,再将聚合物或共混物通过注射成型方法制得聚合物/泡沫铝复合材料。该方法限于制备高分子材料与开孔泡沫铝复合材料的制备,对于制备高分子材料与闭孔泡沫铝复合材料无法实现。与此同时,开孔泡沫铝及其复合材料的力学性能远远低于闭孔泡沫铝及其复合材料,而且闭孔泡沫铝在屈服强度、吸能性能、吸能效率、抗侵彻性能、吸声、隔热、阻燃和电磁屏蔽方面都要高于和强于开孔泡沫铝材料。另外,现有技术在泡沫铝的加工生产过程中产生的加工余料,多被回炉或废弃,这不仅是对资源和能源的浪费,使企业的生产成本提高,也是对环境的一种破坏。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,是一种弥散嵌入式环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,克服了现有技术制备的泡沫铝基复合材料的屈服强度均比较低,生产过程中存在资源和能源的浪费、生产成本闻和对环境破坏的缺点。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,是一种弥散嵌入式环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,步骤是:第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理将所需量的原料闭孔泡沫铝切割成尺寸为20X20X20mm3、10X 10X IOmm3或用剩余的随机形状和大小的块体,在剩余的随机形状和大小的闭孔泡沫铝块体内至少包含一个泡体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫铝块体进行除脂和去污处理,然后用
0.0ImoI/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,放入密封干燥箱,待用;
第二步,原料环氧树脂的前处理将原料环氧树脂E-44以及固化剂,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,闭孔泡沫铝块与已添加固化剂的环氧树脂按体积比1:1或3:1进行配比,并使上述模具处于70°c的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。上述环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,所述固化剂为T31、#650或#651。上述环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,所用的闭孔泡沫铝是根据CN102002607A和论文“熔体发泡法制备泡沫铝的工艺及压缩性能的研究”公开的已有方法制备的,其孔隙率范围为80% 90%,孔径范围为3 5mm,铝基采用99.95%的工业纯铝。上述环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,所涉及的环氧树脂、固化剂、酸和碱是在化工材料市场上购得的,所用设备及操作工艺均是本技术领域技术人员所公知的。本发明的有益效果是:与现有技术相比,本发明方法的突出的实质性特点是,以闭孔泡沫铝作为嵌入相,弥散嵌入有机树脂,具有全新型的弥散嵌入结构。这种结构具有非常好的吸能效果,这是原始常规泡沫铝所不能比拟的(测试结果见图3)。其吸能途径比原始常规泡沫铝更为多样化,当外力对此种复合材料做功时,除了泡沫铝自身坍塌吸能外,还有泡沫铝与环氧树脂连接部分开裂时消耗的能量(见图4),以及环氧树脂自身发生塑性变形并坍塌和断裂时所吸收的能量(见图5)。与现有技术相比,本发明方法的显著的进步是:(I)本发明方法制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的屈服强度要远远大于现有技术制得的泡沫铝复合材料的强度,具有更好的力学性能,屈服点要高出约4-5倍之多,并且在提高强度的这一点上仍有很大的提升空间(测试结果见图2)。与此同时,本发明方法制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料还保持了良好的吸能平台,并提高了最大吸能效率所对应的流动应力值。(2)本发明方法可利用废弃的闭孔泡沫铝的加工余料,从而提高了泡沫铝的利用率,避免了因泡沫铝加工余料的废弃或进行重新回炉所造成的对资源和能源的浪费,减少了对环境的污染,与此同时降低了成本,提高了生产效率。(3)本发明方法工艺简便快捷,易操作,在生产过程中对设备的要求不高,原材料来源广泛,便于实现产业化生产。



下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明实施例1制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的宏观照片。图2为本发明实施例1制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验中与原始常规闭孔泡沫铝的应力-应变曲线对比图。图3为本发明实施例1制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验中与原始常规闭孔泡沫铝的单位体积吸能曲线对比图。图4为本发明实施例1制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验后,泡沫铝与环氧树脂连接部分开裂的扫描电子显微镜照片。图5为本发明实施例1制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验后,环氧树脂自身发生塑性变形并坍塌、断裂的扫描电子显微镜照片。
具体实施例方式实施例1第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理将所需量的加工剩余的随机形状和大小的原料闭孔泡沫铝块体,其中每个块体内至少包含一个泡体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫招块体进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,以增强其表面活性,优化其与环氧树脂的结合界面,之后放入密封干燥箱,待用;第二步,原料环氧树脂的前处理将原料环氧树脂E-44以及固化剂#651,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按 1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,其中闭孔泡沫铝块和已添加固化剂的环氧树脂按1:1的体积比进行配比,并使上述模具处于70°c的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。图1为本实施例制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的宏观照片。图2为本实施例制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验中与原始常规闭孔泡沫铝的应力-应变曲线对比图。从此图中可看出,该复合材料的强度要远远大于常规泡沫铝的强度,具有更好的力学性能,屈服点要高出约5倍左右,弥补了常规泡沫铝本身强度低的不足,并且依旧保持了良好的平台区。图3为本实施例制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验中与原始常规闭孔泡沫铝的单位体积吸能曲线对比图。从此图中可看出,该复合材料的吸能性能是远远高于原始常规泡沫铝的。图4为本实施例制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验后,泡沫铝与环氧树脂连接部分开裂的扫描电子显微镜照片。其中深色部分为环氧树脂,浅色部分为泡沫铝,由此该表明复合材料的吸能途径比原始常规泡沫铝更为多样化,当外力对此种复合材料做功时,除了泡沫铝自身坍塌吸能外,还有泡沫铝与环氧树脂连接部分开裂时消耗的能量。图5为本实施例制得的环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料在准静态压缩试验后,环氧树脂自身发生塑性变形并坍塌和断裂的扫描电子显微镜照片。其中,有条形层状的部分为环氧树脂发生塑性变形的行为,旁边破碎的部分为其坍塌和断裂行为。由此当外力对该复合材料做功时,其中的环氧树脂自身发生塑性变形并坍塌和断裂时都会吸收能量。实施例2第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理将所需量的加工剩余的随机形状和大小的原料闭孔泡沫铝块体,其中每个块体内至少包含一个泡体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫招块体进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,以增强其表面活性,优化其与环氧树脂的结合界面,之后放入密封干燥箱,待用第二步,原料环氧树脂的前处理将原料环氧树脂E-44以及固化剂#651,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,其中闭孔泡沫铝块和已添加固化剂的环氧树脂按3:1的体积比进行配比,并使模具处于70°C的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。实施例3第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理

将所需量的原料闭孔泡沫铝切割成尺寸为20X20X20mm3的块体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫铝块体进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,以增强其表面活性,优化其与环氧树脂的结合界面,之后放入密封干燥箱,待用;第二步,原料环氧树脂的前处理将原料环氧树脂E-44以及固化剂#651,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,其中闭孔泡沫铝块和已添加固化剂的环氧树脂按3:1的体积比进行配比,并使上述模具处于70°C的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。实施例4第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理将所需量的原料闭孔泡沫铝切割成尺寸为10X 10X IOmm3的块体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫铝块体进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,以增强其表面活性,优化其与环氧树脂的结合界面,之后放入密封干燥箱,待用;第二步,原料环氧树脂的前处理
将原料环氧树脂E-44以及#651,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备
将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,其中闭孔泡沫铝块和已添加固化剂的环氧树脂按3:1的体积比进行配比,并使上述模具处于70°C的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。实施例5第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理将所需量的原料闭孔泡沫铝切割成尺寸为20X20X20mm3的块体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫铝块体进行除脂和去污处理,然后用0.0lmol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,以增强其表面活性,优化其与环氧树脂的结合界面,之后放入密封干燥箱,待用;第二步,原料环氧树脂的前处理将原料环氧树脂E-44以及固化剂T31,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,其中闭孔泡沫铝块和已添加固化剂的环氧树脂按3:1的体积比进行配比,并使上述模具处于70°C的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。实施例6第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理将所需量的原料闭孔泡沫铝切割成尺寸为20X20X20mm3的块体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫铝块体进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,以增强其表面活性,优化其与环氧树脂的结合界面,之后放入密封干燥箱,待用;第二步,原料环氧树脂的前处理将原料环氧树脂E-44以及固化剂#650,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用;第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,其中闭孔泡沫铝块和已添加固化剂的环氧树脂按3:1的体积比进行配比,并使上述模具处于70°C的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。上述所有实施例中所用的闭孔泡沫铝是根据CN102002607A和论文“熔体发泡法制备泡沫铝的工艺及压缩性能的研究”公开的已有方法制备的,孔隙率范围为80% 90%,孔径范围为3 5mm,铝基采用99.95%的工业纯铝。 上述所有实施例中所用的环氧树脂、固化剂、酸和碱是在化工材料市场上购得的,所用设备及操作工艺均是本技术领域技术`人员所公知的。
权利要求
1.环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,其特征在于是一种弥散嵌入式环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,步骤是: 第一步,原料闭孔泡沫铝块体的前处理 将所需量的原料闭孔泡沫铝切割成尺寸为20 X 20 X 20mm3、IO X IO X I Omm3或用剩余的随机形状和大小的块体,在剩余的随机形状和大小的闭孔泡沫铝块体内至少包含一个泡体,用0.lmol/L的氢氧化钠碱液对上述闭孔泡沫招块体进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸处理至闭孔泡沫铝块体上的碱液被中和,放入密封干燥箱,待用; 第二步,原料环氧树脂的前处理 将原料环氧树脂E-44以及固化剂,分别置于60°C水浴池中预热I小时,之后用天平称量所需量,将二者按1:1的质量比进行混合,待用; 第三步,环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备 将第一步处理好的闭孔泡沫铝块从密封干燥箱中取出,再用酒精清洗,晾干后放入模具中,将第二步处理好的已添加固化剂的环氧树脂浇入到上述放有闭孔泡沫铝块体的模具中,闭孔泡沫铝块与已添加固化剂的环氧树脂按体积比1:1或3:1进行配比,并使上述模具处于70°C的水浴中,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,最终制得环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。
2.根据权利要求1所说环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,其特征在于:所述固化剂为T31、#650或#651。
3.根据权利要求1所说环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,其特征在于:所用的闭孔泡沫铝是根据CN10 2002607A和论文“熔体发泡法制备泡沫铝的工艺及压缩性能的研究”公开的已有方法制备的,其孔隙率范围为80% 90%,孔径范围为3 5mm,铝基采用99.95%的工业纯铝。
全文摘要
本发明环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料的制备方法,涉及高分子材料与泡沫金属材料形成的复合材料,步骤是将闭孔泡沫铝块体用0.1mol/L的氢氧化钠碱液进行除脂和去污处理,然后用0.01mol/L的盐酸中和闭孔泡沫铝块体上的碱液,将环氧树脂E-44以及固化剂按1:1的质量比进行混合,上述闭孔泡沫铝块与已添加固化剂的环氧树脂在处于70℃水浴的模具中按体积比1:1或3:1进行配比,待有气泡上浮后,将模具从水浴中取出,常温下放置一周,制得弥散嵌入式环氧树脂与闭孔泡沫铝复合材料。本发明方法克服了现有泡沫铝基复合材料的屈服强度均比较低,生产中资源和能源浪费、成本高和对环境破坏的缺点。
文档编号C08K3/08GK103113715SQ20121055743
公开日2013年5月22日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者赵维民, 安杨, 夏兴川, 熊汉青, 冯辉, 张欣 申请人:河北工业大学
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