复合材料蒙皮及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道交通领域用复合材料技术领域，具体涉及一种可加热的聚酰亚胺-纤维增强复合材料蒙皮及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着经济的高速发展，能源紧缺的问题越来越突出，新能源、低碳、无污染、节能降耗已成为当前国家迫切发展的方向。目前，随着我国轨道交通事业的蓬勃发展，乘客对交通工具舒适性、安全性、节能性的要求也越来越高。当前车载加热系统存在会造成空气污染、环境噪音大并且耗能较高等问题。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种复合材料蒙皮及其制备方法，以节约空调安装空间，且降低车载加热系统的能耗。
[0004]基于上述目的，本发明提供的复合材料蒙皮包括上纤维增强层、可加热聚酰亚胺薄膜和下纤维增强层，所述上纤维增强层和下纤维增强层分别粘结于所述可加热聚酰亚胺薄膜的上表面和下表面。
[0005]在本发明的一些实施例中，所述可加热聚酰亚胺薄膜选自导电炭黑-聚酰亚胺薄膜、导电石墨烯-聚酰亚胺薄膜和导电碳纳米管-聚酰亚胺薄膜中的至少一种。
[0006]在本发明的一些实施例中，所述上纤维增强层包括基体材料和在所述基体材料中的纤维增强材料，所述基体材料选自酚醛树脂、聚酰亚胺、环氧树脂AG-80和不饱和聚酯树脂中的至少一种，所述纤维增强材料选自碳纤维、玻璃纤维中的至少一种;和/或
[0007]所述下纤维增强层包括基体材料和在所述基体材料中的纤维增强材料，所述基体材料选自酚醛树脂、聚酰亚胺、环氧树脂AG-80和不饱和聚酯树脂中的至少一种，所述纤维增强材料选自碳纤维、玻璃纤维中的至少一种。
[0008]在本发明的一些实施例中，所述可加热聚酰亚胺薄膜的两端分别设置有电极，所述电极位于可加热聚酰亚胺薄膜与上纤维增强层或者下纤维增强层之间；一端电极与正极导线相连，另一端电极与负极导线相连。
[0009]在本发明的一些实施例中，所述上纤维增强层的厚度为1.0?3.0mm，所述可加热聚酰亚胺薄膜的厚度为15?50μηι。
[0010]在本发明的一些实施例中，所述下纤维增强层的厚度为1.0?5.0mm。
[0011]本发明还提供一种制备上述复合材料蒙皮的方法，包括以下步骤:
[0012]I)在可加热聚酰亚胺薄膜的两端分别设置电极，一端电极与正极导线相连，另一端电极与负极导线相连；
[0013]2)将下纤维增强层、所述可加热聚酰亚胺薄膜和上纤维增强层由下至上依次层叠，得到层叠的夹芯结构，所述下纤维增强层和/或上纤维增强层包括基体材料和在所述基体材料中的纤维增强材料；
[0014]3)将所述层叠的夹芯结构热压固化成型，制得所述复合材料蒙皮。
[0015]在本发明的一些实施例中，所述电极采用丝网印刷技术将导电银浆印制而成，所述导电银浆与正极导线、负极导线通过焊接方式连接。
[0016]本发明还提供一种制备上述复合材料蒙皮的方法，包括以下步骤:
[0017]I)在可加热聚酰亚胺薄膜的两端分别设置电极，一端电极与正极导线相连，另一端电极与负极导线相连；
[0018]2)将下纤维增强材料、所述可加热聚酰亚胺薄膜和上纤维增强材料由下至上依次层叠，得到铺层结构；
[0019]3)将所述铺层结构真空灌注成型，制得所述复合材料蒙皮。
[0020]在本发明的一些实施例中，所述电极采用丝网印刷技术将导电银浆印制而成，所述导电银浆与正极导线、负极导线通过焊接方式连接。
[0021]从上面所述可以看出，本发明提供的复合材料蒙皮主要特点为:发热原理为均匀分散导电粒子体通电发热，复合材料蒙皮工作时整个面均匀发热，温度均匀、控制方便;而且重量较轻;无需设计专用安装空间；施工方便，克服了传统电阻丝加热的一些不足。因此，该可加热复合材料蒙皮具有安全、发热性能优异、易安装(局部安装定位不影响可加热功能)，在轨道交通可加热内饰领域的使用和发展有着无法估量的潜力。可见，本发明提供的复合材料蒙皮具有重量轻，发热均匀，发热效率高和采用人体安全电压加热，安全可靠等特点；同时该复合材料蒙皮可方便铺设在已有内饰件上，在不影响现有空间布局的同时满足内饰件加热功能。本发明可为高级客车、轿车、高铁、各种轨道交通车辆的轻量化提供解决方案，同时节省了空调热风系统的空间。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例复合材料蒙皮的结构示意图；
[0023]图2为本发明实施例可加热聚酰亚胺薄膜丝印导电银浆的结构示意图；
[0024]图3为本发明实施例可加热聚酰亚胺薄膜丝印导电银浆的结构示意图；
[0025]图4为本发明实施例复合材料蒙皮的热红外成像图。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0027]本发明提供的复合材料蒙皮包括上纤维增强层、可加热聚酰亚胺薄膜和下纤维增强层，所述上纤维增强层和下纤维增强层分别粘结于所述可加热聚酰亚胺薄膜的上表面和下表面。
[0028]如图1所示，其为本发明实施例复合材料蒙皮的结构示意图。作为本发明的一个实施例，所述复合材料蒙皮包括上纤维增强层1、可加热聚酰亚胺薄膜2和下纤维增强层3，所述上纤维增强层I和下纤维增强层3分别粘结于所述可加热聚酰亚胺薄膜2的上表面和下表面。优选的，所述可加热聚酰亚胺薄膜2为连续的，以提高整个面上的加热效果。
[0029]在本发明的又一个实施例中，所述可加热聚酰亚胺薄膜2选自导电炭黑-聚酰亚胺薄膜、导电石墨烯-聚酰亚胺薄膜和导电碳纳米管-聚酰亚胺薄膜中的至少一种或者上述导电材料的复合，以使可加热聚酰亚胺薄膜2能够在整个面上进行均匀地加热，从而使复合材料蒙皮表面的温度均匀。
[0030]如图2和图3所示，在本发明的又一个实施例中，所述可加热聚酰亚胺薄膜2的两端分别设置有电极4、5，所述电极4、5位于可加热聚酰亚胺薄膜2与上纤维增强层I或者下纤维增强层3之间；一端电极4与正极导线7相连，另一端电极5与负极导线6相连，用于对可加热聚酰亚胺薄膜2进行加热。优选地，所述电极4、5可以采用丝网印刷技术将导电银浆印制而成，所述导电银浆4、5与正极导线7、负极导线6通过焊接方式连接。
[0031]在本发明的又一个实施例中，所述上纤维增强层I包括基体材料和在所述基体材料中的纤维增强材料，所述基体材料可以是热固性树脂，所述复合材料蒙皮可以经热压固化成型或真空灌注成型得到。较佳地，所述基体材料选自酚醛树脂、聚酰亚胺、环氧树脂AG-80和不饱和聚酯树脂中的至少一种，所述纤维增强材料选自碳纤维、玻璃纤维中的至少一种。可选地，所述纤维增强材料包括碳纤维布和玻璃纤维布，以增强该复合材料蒙皮的强度和可控性。
[0032]在本发明的又一个实施例中，所述下纤维增强层3包括基体材料和在所述基体材料中的纤维增强材料，所述基体材料可以是热固性树脂。进一步地，所述基体材料选自酚醛树脂、聚酰亚胺、环氧树脂AG-80和不饱和聚酯树脂中的至少一种，所述纤维增强材料选自碳纤维、玻璃纤维中的至少一种。可选地，所述纤维增强材料包括碳纤维布和玻璃纤维布，以增强该复合材料蒙皮的强度和可控性。
[0033]优选地，所述上纤维增强层的厚度为1.0?3.0mm，所述可加热聚酰亚胺薄膜的厚度为15?50μπι。使所述复合材料蒙皮具有优异的发热效率，适合各类轨道交通内饰件的可加热蒙皮。所述复合材料蒙皮与内饰件可通过机械连接、粘接等方式连接，也可以与内饰件进行一体模压成型。更为优选地，所述下纤维增强层的厚度为1.0?5.0mm。
[0034]实施例1
[0035]作为本发明的一个实施例，所述复合材料蒙皮的制备方法包括以下步骤:
[0036]I)在导电炭黑-聚酰亚胺薄膜的两端分别采用丝网印刷技术，将导电银浆印制成电极，如图2所示，一端电极与正极导线通过焊接方式相连，另一端电极与负极导线通过焊接方式相连，如图3所示。
[0037]2)将刷好胶黏剂的下纤维增强层、所述导电炭黑-聚酰亚胺薄膜和刷好胶黏剂的上纤维增强层按照设计要求由下至上依次整齐地叠放在压机的钢板上，得到层叠的夹芯结构。
[0038]所述下纤维增强层是玻璃纤维布预浸料，上纤维增强层是玻璃纤维布预浸料，所述预浸料的树脂基体选自环氧树脂。所述玻璃纤维布预浸料与压机钢板间可以用聚酰亚胺薄膜做脱模剂。
[0039]3)将压机上下钢板合拢，设定好压机压力为12MPa，开始升温，从室温升温至120°C约30min，然后在120°C保温2h;然后从120°C升温至160°C约30min，然后在160°C保温2h;最后，将压力升高至15MPa后，将温度从160 °C升温至200 °C约30min，在200 °C保温6h，从而使所述层叠的夹芯结构热压固化成型，制得耐温200°C等级的复合材料蒙皮。
[0040]实施例2
[0041]作为本发明的一个实施例，所述复合材料蒙皮的制备方法包括以下步骤:
[0042]I)在导电石墨烯-聚酰亚胺薄膜的两端分别采用丝网印刷技术，将导电银浆印制成电极，如图2所示，一端电极与正极导线通过焊接方式相连，另一端电极与负极导线通过焊接方式相连，如图3所示。
[0043]2)将刷好胶黏剂的下纤维增强层、所述导电石墨烯-聚酰亚胺薄膜和刷好胶黏剂的上纤维增强层按照设计要求由下至上依次整齐地叠放在压机的钢板上，得到层叠的夹芯结构。
[0044]所述下纤维增强层是碳纤维布预浸料，上纤维增强层是碳纤维布预浸料，所述预浸料的树脂基体选自聚酰亚胺。所述碳纤维布预浸料与压机钢板间可以用聚酰亚胺薄膜做脱模剂。
[0045]3)将压机上下钢板合拢，设定好压机压力为12MPa，开始升温，从室温升温至120°C约30min，然后在120°C保温Ih;然后从120°C升温至160°C约30min，然后在160°C保温Ih;将压力升高至15MPa后，将温度从160°C升温至250°C约30min，在250°C保温Ih;然后从250°C升温至380°C约lh，然后在380°C保温2h，从而使所述层叠的夹芯结构热压固化成型，制得耐温400 0C等级的复合材料蒙皮。
[0046]实施例3
[0047]作为本发明的一个实施例，所述复合材料蒙皮的制备方法包括以下步骤:
[0048]I)在导电碳纳米管-聚酰亚胺薄膜的两端分别采用丝网印刷技术，将导电银浆印制成电极，如图2所示，一端电极与正极导线通过焊接方式相连，另一端电极与负极导线通过焊接方式相连，如图3所示。
[0049]2)将刷好胶黏剂的下纤维增强层、所述导电碳纳米管-聚酰亚胺薄膜和刷好胶黏剂的上纤维增