一种复合材料夹层结构体及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及复合材料领域，具体设及一种复合材料夹层结构体及其制备方法和 应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，重量轻、壁薄且刚性高的构件被广泛应用于计算机、通讯行业、家电行业 W及汽车部件、建筑物部件及面板部件中。作为可确保力学特性且提高轻质性的构件，已知 有在轻质的忍材的表皮上配置被连续的强化纤维组强化的纤维强化树脂（FRP)形成的夹层 结构体，为了谋求结构体的轻质化，选择了更加轻质的忍材，轻木忍、蜂窝忍或聚氨醋泡沫 忍等作为忍材被频繁地使用。但是，现有已知的轻木忍、蜂窝忍或聚氨醋泡沫忍等，难于制 备成厚度较薄的忍材，即使能够得到薄忍材，也存在预成型时被破坏、或不能耐受成型时的 变形等问题，在薄壁化方面存在一定的限制。
[0003] 同时为了实现重量轻、壁薄且刚性高而形成的成型体，专利号为200580029564. 7 公开了一种夹层结构体，该夹层结构体(ΠΙ)由忍材（I )和配置在该忍材（I )两面的、由连 续强化纤维（A)和基体树脂（B)构成的纤维强化材料（II)构成，其中所述忍材（I )具有空 隙结构，所述空隙是通过发泡体的气泡形成，或忍材由不连续强化纤维和热塑性树脂构成， 所述空隙由在该强化纤维的长丝之间相互交叉处形成的空隙形成。但该夹层结构体是采用 普通的树脂成型成夹层结构体的碳纤维复合材料板材，是目前市场上的普通制造方案，存 在强度低，刚性不够，成型周期长，生产自动化程度低，成本高等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有存在的不足，提供一种成本低、重量轻、强度高、 刚性好的复合材料夹层结构体。
[0005] 本发明的另一目的是提供上述复合材料夹层结构体的制备方法。
[0006] 本发明的再一目的是提供上述复合材料夹层结构体的应用。
[0007] 本发明是通过W下技术方案实现： 一种复合材料夹层结构体，包括忍材（I )、配置在该忍材（I )的上下表面的树脂基纤 维增强体（II )，W及配制在忍材（I )和树脂基纤维增强体（II)中间的过渡胶膜粘结层(III)， 所述树脂基纤维增强体（II)由树脂基体和纤维增强体构成，所述忍材（I )由环氧树脂、轻 量化填料和纤维构成，所述忍材（I )的比重为0. 3g/cm3~1. 2g/cm3,厚度为0. 1mm~5. 0mm。
[0008] 所述忍材（I )的弹性模量根据ASTM D 638测试为10 MPa~30000MPa，剪切模 量根据ASTM D 638测试为10 MPa~150MPa;比重优选为0. 5g/cm3~l.Og/cm3,厚度优选为 0. 6mm~1. OmniD
[0009] 所述忍材（I )由环氧树脂作为基体，在环氧树脂基体中添加轻量化填料和纤维， 通过钢板或模具加热到l〇〇°C~160°C，压力维持30kg~100kg，成型时间30min~60min混合 而成。
[0010] 所述忍材（I )中的环氧树脂是通过双酪A、双酪F或酪醒改性而成的改性环氧树 月旨。其制备方法可采用常规的改性方法，如在双酪A或双酪F添加 N/P系的阻燃剂、侣娃类 的填料、促进剂和胺系的固化剂后，混合改性而成。
[0011] 上述环氧树脂的玻璃化溫度Tg点在100°C~180°C之间，优选120°C~150°C。
[0012] 上述环氧树脂中的面素的重量含量为0~1500ppm，优选0~eOOppm。
[0013] 上述环氧树脂可W选取阻燃和不阻燃的环氧树脂作为基体，选取阻燃的环氧树脂 作为基体时，阻燃等级达到化940-V0级W上。
[0014] 所述忍材（I )中的轻量化填料占所述忍材的总重量的10wt%~50wt%。该产品具有 质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点，其表面经过特殊处理具有亲油憎水 性能，非常容易分散于有机材料体系中。所述轻量化填料包括空屯、玻璃微珠60wt9i^100 wt% 和其他填料0~40wt%，所述其他填料为滑石粉、侣粉、碳化娃粉或氮化娃中的一种或几种的 混合。
[0015] 所述空屯、玻璃微珠中具有密闭的真空气泡，是由棚娃酸盐、碳酸巧或侣娃酸盐中 的一种或几种原料经高科技加工而成，粒度为10微米~250微米，壁厚1微米~2微米，在忍 材（I )中添加空屯、玻璃微珠能降低体系的密度。
[0016] 所述忍材（I )中纤维为连续或不连续纤维，不连续纤维的尺寸在0. 1mm~100mm之 间，连续纤维为编织布形式表现。纤维通过与特定的环氧树脂和轻量化填料分混合浸润后， 纤维之间均匀交叉排布，纤维的含量为10wt°/c^70wt%，选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、 石墨纤维、芳绝纤维、腊绝纤维或木质纤维中的一种或几种。可W根据性能要求选择不同纤 维及含量。
[0017] 所述树脂基纤维增强体（II)中的树脂基体为热固性树脂，具体可W优选为环氧树 月旨、酪醒树脂、环氧酪醒树脂、不饱和聚醋树脂或聚氨醋树脂中的一种或几种；纤维增强体 优选为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳绝纤维中的一种或几种，运些纤维可W是连续纤 维或者不连续纤维。
[0018] 所述过渡胶膜粘结层(III)由树脂胶膜或树脂基纤维增强材料组成，厚度为 0. 02mm~2. 0mm，密度为 0. 9g/cm3~1. 3g/cm3。
[0019] 所述树脂胶膜是由环氧树脂、酪醒树脂、环氧酪醒树脂、不饱和聚醋树脂或聚氨 醋树脂中的一种或几种构成；所述树脂基纤维增强材料中的树脂基体为环氧树脂、酪醒树 月旨、环氧酪醒树脂、不饱和聚醋树脂或聚氨醋树脂中的一种或几种，其中树脂基体的含量 为35wt9i^70wt% ;纤维增强材料可W为连续的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳绝纤维 中的一种或几种，具有连续平铺或编织布纤维外观结构，其中，玻璃纤维编织布的规格为 25gsm~300gsm。纤维增强材料还可W为不连续的尺寸大于2mm的长纤维或尺寸小于2mm的 短纤维构成的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳绝纤维中的一种或几种，所述树脂基体与 不连续纤维经过互相浸润后交叉形成空隙结构。
[0020] 由树脂基纤维增强材料组成的过渡胶膜粘结层(III)的制备方法是通过将热固性 树脂涂覆在离型纸/膜上面，然后将纤维增强材料均匀铺在树脂膜上，通过加热到7(TC左 右，用加热的双滚轴钢滚娠压后制成。
[002。 所述过渡胶膜粘结层(III)的作用主要是配合树脂基纤维增强体（II)和忍材（I ) 作为粘接剂，增加二者之间的粘结力。
[0022] 本发明所述的复合材料夹层结构体的制备方法，包括如下步骤： 将忍材（I )、配置在该忍材（I )的上下表面的树脂基纤维增强体（II)，W及配制在 忍材（I )和树脂基纤维增强体（II)中间的过渡胶膜粘结层(III)在具有光滑面平板模具 内，经过复合加热固化形成，加热的压力控制在10kg~180kg之间，溫度控制在80°C~200°C 之间，时间保持Imin~30min。
[0023] 本发明所述的复合材料夹层结构体在3C行业、家电行业、汽车行业、航空、轨道交 通行业W及相关的机箱表面结构板材中的应用。
[0024] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果： 1) 本发明通过对忍材组成的优化，制备得到的复合材料夹层结构体在具有重量轻、 强度高、刚性好等优点的同时，能够显著降低产品的成本，提高市场竞争力； 2) 在特定要求下，能做到低面素(小于60化pm)的性能要求； 3) 本发明的制备工艺简单，可应用于3C行业、家电行业、汽车行业、航空、轨道交通 行业W及相关的机箱等表面结构板材。
【附图说明】
[00巧]图1为本发明复合材料夹层结构体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明，W下实施例为本发明较佳的实施方 式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
[0027] 本发明实施例和对比例中所采用的材料如下： 环氧树脂：通过在双酪A或双酪F树脂中，添加 N/P系的阻燃剂、侣娃阻燃类的填 料、促进剂和胺系的固化剂后，混合改性而成。该环氧树脂经过测试，弹性模量根据GB/T 9341-2008测试在1~3Gpa，拉伸强度根据GB/T 1040-2006测试在100~300MPa。
[002引如图1所示，一种复合材料夹层结构体，包括忍材（I )、配置在该忍材（I )的上下 表面的树脂基纤维增强体（II)，W及配制在忍材（I )和树脂基纤维增强体（II)中间的过渡 胶膜粘结层(III)。
[002引 实施例1: W环氧树脂为基体、在环氧树脂基体中添加 lOwt%轻量化填料（由60wt%空屯、玻璃微 珠和40wt%由滑石粉、侣粉、碳化娃粉、氮化娃组成的混合物构成）和40wt%碳纤维(尺寸 3-5mm)，在模具中加热到120°C，压力维持50kg，成型时间30min混合而成忍材，忍材的比重 为l.lg /cm3,厚度为1. 0mm，弹性模量根据ASTM D 638测试为23000 MPa,剪切模量根据 ASTM D 638 测试为 80MPa ; 在具有光滑面模具内，将上述忍材上、下两面帖覆由40wt%热固性环氧树脂和玻璃纤 维编织布(规格50gsm)构成的过渡胶膜粘结层(厚度为0. 05mm)，然后再在过渡胶膜粘结层 上贴覆由环氧树脂和碳纤维构成的树脂基纤维增强体，最后复合加热固化，加热的压力控 制在100kg，溫度控制在150。时间保持lOmin，即得复合材料夹层结构体。巧m其各项性 能指标，结果见表1。
[0030] 实施例2: W环氧树脂为基体、通过在环氧树脂基体中添加30wt%轻量化填料（由70wt%空屯、玻 璃微珠和30wt%由滑石粉、侣粉、碳化娃粉、氮化娃组成的混合物构成）和20wt%碳纤维(尺 寸50mm)，在模具中加热到130°C，压力维持80kg，成型时间40min混合而成忍材，忍材的比 重为0.8g/cm3,厚度为1. 0臟，弹性模量根据