专利名称：金属丝、带增强塑料多层复合材料的制作方法
技术领域：
本发明属于高强度轻质复合材料，是一种金属丝、带增强塑料复合材料。
纤维增强高聚物结构复合材料，由于其强度高、质量轻、耐温、耐腐蚀、绝热、一绝缘等性能，在飞机、汽车、船艇的外壳和结构部件上，日益获得广泛应用。在高聚物结构复合材料中，发展最快和产量最大的是各种纤维增强塑料。所用的增强剂或增强用纤维有玻璃纤维、聚芳酰胺纤维、碳纤维等;基体材料或塑料有各种热固性树脂如不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等，以及多种热塑性塑料如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂等。高强纤维增强高聚物复合材料的比强度为钢的7倍以上，比弹性模量为钢的3倍。例如钢的密度为7.8g/cm3、抗拉强度为103Kgf/mm2、比强度为1.3×10mm2/S2弹性模量为2.1×104kgf/mm2、比模量为2.7×1012mm2/s2;而玻璃纤维一环氧树脂的密度为2.0g/cm3、强度为150Kgf/mm2、比强度为7.5×10mm2/S2，弹性模量0.42×10Kgf/mm2、比模量为2.1×1012mm2/S2;碳纤维一环氧树脂的密度为1.5g/cm3，抗拉强度在190Kgf/mm2以上，比强度为12.7×1010mm2/S2，弹性模量为1.5×104Kgf/mm2，比模量为10.0×1012mm2/S2。
目前纤维增强复合材料已广泛用于航空、航天工业中，以减轻飞机和宇宙飞行器的重量。民用汽车、船艇等，也越来越多地倾向使用复合材料制造某些结构部件，以减轻车身的重量而节约燃料、增加行驶速度和耐环境、耐海水腐蚀、绝热等。但是目前的玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、硼纤维等增强高性能树脂如聚碳酸酯、聚胺酯、聚芳酰胺、聚芳酯、聚酰亚胺、液晶聚合物等复合材料，由于价格较高还难于获得大量民用，尤其在耗量巨大的汽车工业上应用。
现有纤维增强塑料型复合材料的通常制法是，用所需要的纤维(长丝、短纤维、纤维毡、织物、三向织物)等作骨架，然后用液态热固性树脂进行浸渍、预成型，再经加热加压固化。对于热塑性塑料或树脂，可在挤出机中与短纤维混合造粒，然后注射成型。例如一篇日本专利申请文献就加工成型方法描述了纤维增强塑料叶片用作汽车弹簧板的制造技术。是用碳纤维和玻璃纤维单股纤维拧成多股胶合纤维，再排列成带状，即做成编织物。再把环氧树脂、苯酚树脂、聚酯和硅酮树脂等热固性树脂浸渍到织物里去，经过去除气泡而形成一种预制纤维层。然后将预制纤维层通过注塑机，使纤维带在注塑成型机模具内受到10Kg/cm2的压力并加热到树脂固化温度，固化制成板弹簧。据说这种轿车可使用单叶板弹簧，其重量仅为3.6公斤，可替代重量为18.6公斤的原10片钢质弹簧。
本发明的目的正是为了寻求一些价格低廉、质轻、加工工艺简便、且强度优良的汽车、船艇外壳及结构部件用复合材料。经过大量实验，已研制出一种价钱便宜实用、高强度、轻质的金属丝、带增强热塑性塑料多组份多层复合材料，达到了上述目的，解决了复合材料大量应用于汽车和船艇外壳等结构部件的问题。
本发明为一种金属丝、带增强塑料复合材料，它为多层和多组份的层压品第一层(表层)为热塑性塑料板，含有抗紫外线无机物细粉如320～2000目的钛白粉(TiO2)、锌白、炭黑、石英岩石粉等，同时添加有机紫外线吸收剂(光稳定剂)如苯并三唑类、三嗪类、哌嗪类及受阻胺类等，添加的阻燃剂为三苯基锑、十溴联苯醚、四溴双酚A、环氧氯丙烷等，此外视需要而添加染料。无机物或石粉的添加量为塑料板材制作的常规量;光稳定剂占塑料重量的0.01～0.5%;阻燃剂添加量为复合材料总重量的1～5%。上面所说的热塑性塑料为ABS、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。所用的光稳定剂苯并三唑类为UV-3，2，6，即2(3′-叔丁基2′-羟式-5-甲基苯基)5-氯苯并三唑;三嗪类为2，4，6-三(2′-羟基-4′-正丁氧基本基-1，3，5-)三嗪;哌嗪类为4-苯甲酸基-2，2，6，6-四甲基哌嗪;受阻胺为[2，2′硫撑双(4-叔丁基苯酚镍)]叔丁基胺。第二层(中间层)为金属丝或带与玻璃纤维交替、纵横排列，一般为纵横相交成斜方网络。金属纤维可以是钢丝、钼丝或铜丝。第三层(基础层)为无纺布浸渍饱含热固性树脂。无纺布由各种合成纤维制作，例如由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等制成。其中热固性树脂为环氧树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯，胺基树脂等。由于金属纤维和玻璃纤维是排列于无纺布中，所以第二和第三层实际上合并为基础层。在基础层下面可视需要附加一层蜂窝纸作为填充层;在蜂窝纸层下面可再加贴一层软垫层(泡沫塑料等)，以及橡塑材料制作的蒙皮层，蒙皮层为皮革式材料，如聚乙烯、聚胺酯或橡胶类等，增加其耐磨性能。(见
图1)本发明多层和多组份复合材料的组合排列方式是第一层为热塑性塑料薄板材，添加阻燃剂、光稳定剂和无机物细粉，细粉的粒度为320目以上，第二层采用细度为0.15-0.5mm的金属纤维和0.05-0.2毫米的玻璃纤维交替平行或纵横成斜方网状排列。第三层为合成纤维制的无纺布，浸渍和饱含热;性树脂，成膨胀状态。
本发明的新型复合材料的加工成型方法，是利用真空成型机一次加工成型。成型加热温度为90～200℃，可采用手动间歇式操作，或自动连续加工成型。各层配制料，在真空机中加热固化成成品。产品为900cm宽、1800cm长，厚度为0.8～10mm厚的层压复合材料基本层。所制得的薄板状复合材料，经测试结果表明具有优良的力学性能尺寸形状稳定，抗拉强度为100～200Kgt/mm2，弹性模量为0.4～1.0×10kgf/mm2，耐光热和气候影响;不吸湿;耐燃油和海水腐蚀，耐光和热。
用上述金属丝、带增强塑料型复合材料，制造汽车、船艇外壳及某些结构部件，同目前金属材料部件相比，有优良的机械强度，质量轻，价格较低，加工简易。
实施例一先取合成纤维聚丙烯腈无纺布浸渍以液态环氧树脂作基础层，然后在此底层上面用增强材料直径为0.15mm的不锈钢丝和细度为0.1mm的玻璃纤维纵横相交成网状排列。在该中间层上面复盖以ABS树脂，树脂中予先软化均匀分布添加适量的钛白粉、光稳定剂UV-326及适量的阻燃剂十溴联苯醚。最后将预制品放入真空成聚型中，加热至160～180℃，固化成金属丝、带和玻璃纤维增强塑料多层复合材料。经强度测试，其抗拉强度为180Kgf/mm2，弹性模量为1.0×104Kgf/mm2，同时耐光热和海水腐蚀。
实施例二取聚丙烯纤维无纺布浸渍以液体环氧树脂作为基础层;在其上面排列细度为0.2mm钼丝和0.2mm的玻璃纤维，纵横交织成网络;再在该中间层上面配置一层ABS树脂，并预先添加适量的石英岩粉、占复合材料总重量4%的三苯基锑阻燃剂以及占热塑性塑料性重量0.5%的2，4，6-三(2′-羟基-4′-正丁氧基苯基-1，3，5-)三嗪，制成予制品。最后在真空成型机中加热到110℃～120℃进行断化成型。所得产品的强度为160Kgf/mm2，模量为0.5×104Kgf/mm2，为一种适用于汽车和船艇外壳及基它结构部件的复合材料。
权利要求
1.一种纤维增强塑料型复合材料，其特征在于为金属丝、带和玻璃纤维纵横编织增强的多层复合物第一层(表层)为热塑性塑料板，其中预先加热软化均匀添加无机物细粉、光稳定剂、阻燃剂以及视需要添加的染料，第二层(中间层)为金属丝和带及玻璃纤维交替，纵横相交排列成的网络，第三层(基础层)为合成纤维制成的无纺布，其中浸渍饱含热固性树脂，基础层下面视需要可附加一层蜂窝纸，软垫层和耐磨人造革类橡塑蒙皮。
2.如权利要求1所述的纤维增强塑料复合材料，其特征在于第一层中的热塑性塑料为ABS、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯，所说的无机细粉为320～2000目的钛白、炭黑、石英岩石粉，所说的光稳定剂为苯并三唑类如UV-3，2，6、三嗪类如2，4，6-三(2′-羟基-4′-正丁氧基苯基-1，3，5-)三嗪、哌嗪类如4-苯甲酸基-2，2，6，6-四甲基哌嗪、受阻胺〔2，2′-硫撑双(4-叔丁基苯酚镍)〕叔丁基胺，所说的阻燃剂为三苯基锑、十溴联苯醚、四溴双酚A、环氧氯丙烷，无机物细粉的添加量是按照国内塑料板制作的常规量，所有光稳定剂为热塑性塑料重量的0.01～0.5%，阻燃剂的添加量为复合材料总重量的1～5%。
3.如权利要求1所述的纤维增强塑料复合材料，其特征在于第二层中金属丝和带为钢丝、铜丝和钼丝，其细度为0.15～0.5mm，玻璃纤维直径为0.05～0.2mm。
4.如权利要求1所述的纤维增强塑料塑复合材料，其特征在于第三层中的合成纤维无纺布是由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈制成的，其中热固性树脂为环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、胺基树脂。
5.一种纤维增强塑料型复合材料的制造方法，其特征在于利用真空成型机一次加工成型为产品，成型温度为90～200℃，可采用手动间歇式操作，或自动连续加工成型，产品为900cm宽、1800cm长、厚度0.8～10mm。
全文摘要
本发明为一种金属丝带增强塑料多层复合材料。其中第一层(表面层)为热塑性塑料(如ABS)，它含有一定量的无机物细粉、光稳定剂及阻燃剂；第二层为金属纤维或金属带与玻璃纤维结合，相互纵横交叉排列成网；第三层(基础层)为合成纤维制成的无纺布浸渍以热固性树脂和环氧树脂。在基础层下面视需要还可附加蜂窝纸层和橡塑(人造革类)蒙皮层。这种复合材料具有高强度、轻质、耐腐蚀、抗光热、价钱较低、加工方法简易，可用作汽车和船艇外壳等结构材料。
文档编号B32B5/02GK1087858SQ921142
公开日1994年6月15日 申请日期1992年12月10日 优先权日1992年12月10日
发明者谢钧谟 申请人:谢钧谟