本发明涉及一种高强度高适配性的中间层材料及其制备方法。
背景技术：
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5 ，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。
为满足某些特殊需求或充分发挥材料的性能需要将异种材料组合使用，进而就必须实现异种材料的连接。然而，异种材料的钎焊中连接难点主要表现在异种材料物理性能以及化学性质的差异。钎焊的过程中接头极易产生较大的热应力。残余应力会严重削弱接头的力学性能，甚至导致已经连接好的接头发生破坏。缓解异种材料钎焊接头残余应力添加的中间层种类包括软性、硬性、复合和梯度中间层。软性中间层主要通过软金属的塑性变形和蠕变缓解接头的残余应力；硬性中间层主要通过添加与陶瓷热膨胀系数接近的硬金属缓解应力；复合中间层是结合了软金属加硬金属的特点。复合中间层的设计把软性中间层具有的塑性变形能力与硬性中间层具有的低热膨胀系数统一起来，实现接头残余应力的缓解。
因此，亟需开发出一种简单且高效的复合材料来解决中间层的适配性、耐酸碱性与刚性都有待提高。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的是提供一种高强度高适配性的中间层材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：由以下重量份数配比的材料制成：AIPO4-5分子筛15-30份、氧化铝10-25份、氧化钙10-30份、5TS-1分子筛10-15份、天然橡胶30-50份、顺丁橡胶30-40份、氟橡胶25-40份、炭黑10-15份、碳酸钙15-20份、邻苯二甲酸二异壬酯1-5份、防老剂RD 3-5份、促进剂TMTD 3-5份、二氧化钼3-7份、硫磺4-10份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 2-4份、沸石分子筛4-8份、甲基丙烯酰氧基硅烷2-6份。本发明中AIPO4-5分子筛、5TS-1分子筛、沸石分子筛可通过现有技术中的任一方法制得。
进一步地，由以下重量份数配比的材料制成：AIPO4-5分子筛30份、氧化铝25份、氧化钙30份、5TS-1分子筛15份、天然橡胶50份、顺丁橡胶40份、氟橡胶40份、炭黑15份、碳酸钙20份、邻苯二甲酸二异壬酯1份、防老剂RD 3份、促进剂TMTD 3份、二氧化钼3份、硫磺4份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 2份、沸石分子筛4份、甲基丙烯酰氧基硅烷2份。
进一步地，由以下重量份数配比的材料制成：AIPO4-5分子筛22.5份、氧化铝17.5份、氧化钙20份、5TS-1分子筛12.5份、天然橡胶40份、顺丁橡胶35份、氟橡胶32.5份、炭黑12份、碳酸钙17份、邻苯二甲酸二异壬酯3份、防老剂RD 4份、促进剂TMTD 4份、二氧化钼5份、硫磺7份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 3份、沸石分子筛6份、甲基丙烯酰氧基硅烷4份。
进一步地，由以下重量份数配比的材料制成：AIPO4-5分子筛15份、氧化铝10份、氧化钙10份、5TS-1分子筛10份、天然橡胶30份、顺丁橡胶30份、氟橡胶25份、炭黑15份、碳酸钙20份、邻苯二甲酸二异壬酯5份、防老剂RD 5份、促进剂TMTD 5份、二氧化钼7份、硫磺10份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 4份、沸石分子筛8份、甲基丙烯酰氧基硅烷6份。
本发明要解决的另一技术问题为提供一种高强度高适配性的中间层材料的制备方法包括：
（1）将AIPO4-5分子筛15-30份、氧化铝10-25份、氧化钙10-30份、5TS-1分子筛10-15份、甲基丙烯酰氧基硅烷2-6混合均匀后，倒入熔窑内进行熔融，熔融后拉丝制得玻璃纤维，备用。
（2）步骤（1）中熔窑的温度为800-100摄氏度，拉丝工序通过玻璃纤维机械拉丝机完成。
（3）将天然橡胶30-50份、顺丁橡胶30-40份、氟橡胶25-40份倒入密炼机中，进行混炼，搅拌速度为60-80rpm，搅拌温度为80-100摄氏度。
（4）继续向密炼机中加入沸石分子筛4-8份、炭黑10-15份、碳酸钙15-20份、邻苯二甲酸二异壬酯1-5份、搅拌混合，搅拌速度为40-50rpm，搅拌20-40分钟。
（5）将步骤（1）中制得玻璃纤维与步骤（4）制得的产物混合均匀后，得到混合物A。
（6）将混合物A倒入开炼机中，往开炼机中加入防老剂RD 3-5份、促进剂TMTD 3-5份、二氧化钼3-7份、硫磺4-10份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 2-4份，混合物A进行硫化。
（7）将硫化完成后的材料倒入模具中进行成型，即得到高强度高适配性的中间层材料。
本发明的有益效果为：通过本发明中AIPO4-5分子筛、5TS-1分子筛以及椰油酰胺基丙基甜菜碱的协效复配作用，具有更大的外表面积和更多的外表面活性中心，因而吸附和转化大分子的能力增强，具有短而规整的孔道，有利于充分利用内表面活性位，具有均匀的骨架组分径向分布，从而改善活性和选择性，进而能够形成独特的多孔中间层结构，实现非金属材料到金属材料之间热膨胀系数的梯度过渡，可以降低钎焊后接头存在的残余应力，改善接头的力学性能，有利于提高异种材料的钎焊性能；本发明使用的中间层的孔径大小和厚度均可以调控，操作简单可行。
本发明通过添加的氟橡胶与天然橡胶提高了材料的耐腐蚀性能，添加的玻璃纤维、邻苯二甲酸二异壬酯、碳酸钙与炭黑提高了材料的机械性能，添加的二氧化钼与沸石分子筛提高了材料的硫化速度。
具体实施方式
以下结合说明，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
实施例1
一种高强度高适配性的中间层材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将AIPO4-5分子筛30份、氧化铝25份、氧化钙30份、5TS-1分子筛15份、甲基丙烯酰氧基硅烷2混合均匀后，倒入熔窑内进行熔融，熔融后拉丝制得玻璃纤维，备用。
（2）步骤（1）中熔窑的温度为1000摄氏度，拉丝工序通过玻璃纤维机械拉丝机完成。
（3）将天然橡胶350份、顺丁橡胶40份、氟橡胶40份倒入密炼机中，进行混炼，搅拌速度为80rpm，搅拌温度为100摄氏度。
（4）继续向密炼机中加入沸石分子筛4份、炭黑10份、碳酸钙15份、邻苯二甲酸二异壬酯1份、搅拌混合，搅拌速度为50rpm，搅拌40分钟。
（5）将步骤（1）中制得玻璃纤维与步骤（4）制得的产物混合均匀后，得到混合物A。
（6）将混合物A倒入开炼机中，往开炼机中加入防老剂RD 3份、促进剂TMTD 3份、二氧化钼3份、硫磺4份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 2份，混合物A进行硫化。
（7）将硫化完成后的材料倒入模具中进行成型，即得到高强度高适配性的中间层材料。
实施例2
一种高强度高适配性的中间层材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将AIPO4-5分子筛22.5份、氧化铝17.5份、氧化钙20份、5TS-1分子筛10-15份、甲基丙烯酰氧基硅烷4混合均匀后，倒入熔窑内进行熔融，熔融后拉丝制得玻璃纤维，备用。
（2）步骤（1）中熔窑的温度为900摄氏度，拉丝工序通过玻璃纤维机械拉丝机完成。
（3）将天然橡胶40份、顺丁橡胶35份、氟橡胶32.5份倒入密炼机中，进行混炼，搅拌速度为70rpm，搅拌温度为90摄氏度。
（4）继续向密炼机中加入沸石分子筛6份、炭黑12份、碳酸钙12.5份、邻苯二甲酸二异壬酯3份、搅拌混合，搅拌速度为45rpm，搅拌30分钟。
（5）将步骤（1）中制得玻璃纤维与步骤（4）制得的产物混合均匀后，得到混合物A。
（6）将混合物A倒入开炼机中，往开炼机中加入防老剂RD 4份、促进剂TMTD 4、二氧化钼5份、硫磺7份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 3份，混合物A进行硫化。
（7）将硫化完成后的材料倒入模具中进行成型，即得到高强度高适配性的中间层材料。
实施例3
一种高强度高适配性的中间层材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将AIPO4-5分子筛15份、氧化铝10份、氧化钙10份、5TS-1分子筛10份、甲基丙烯酰氧基硅烷6混合均匀后，倒入熔窑内进行熔融，熔融后拉丝制得玻璃纤维，备用。
（2）步骤（1）中熔窑的温度为800摄氏度，拉丝工序通过玻璃纤维机械拉丝机完成。
（3）将天然橡胶30份、顺丁橡胶30份、氟橡胶25份倒入密炼机中，进行混炼，搅拌速度为60rpm，搅拌温度为80摄氏度。
（4）继续向密炼机中加入沸石分子筛8份、炭黑15份、碳酸钙20份、邻苯二甲酸二异壬酯5份、搅拌混合，搅拌速度为40rpm，搅拌20分钟。
（5）将步骤（1）中制得玻璃纤维与步骤（4）制得的产物混合均匀后，得到混合物A。
（6）将混合物A倒入开炼机中，往开炼机中加入防老剂RD 5份、促进剂TMT D5、二氧化钼7份、硫磺10份、椰油酰胺基丙基甜菜碱 4份，混合物A进行硫化。
（7）将硫化完成后的材料倒入模具中进行成型，即得到高强度高适配性的中间层材料。
实验例：
选取高强度高适配性的中间层材料作为对照组1分别与本发明实施例1、实施例2和实施例3相比较，并根据耐酸碱性能、拉伸强度、弯曲模量作为对比依据，分析三组材料的情况，得出最好的材料。
测试温度为28摄氏度，相对湿度为90%，气压为101.324kPa，耐酸碱性能测试是将材料放入分别放入硫酸与氢氧化纳中浸泡后，检测其减少质量，其中，硫酸浓度70%，拉伸强度通过拉伸强度试验机进行检测，弯曲模量通过弯曲模量测试仪进行检测，具体数据如下表所示：
通过以上实验结果可知，本发明高强度高适配性的中间层材料在耐酸碱性能、拉伸强度、弯曲模量上更优。
本发明的有益效果为：通过本发明中AIPO4-5分子筛、5TS-1分子筛以及椰油酰胺基丙基甜菜碱的协效复配作用，具有更大的外表面积和更多的外表面活性中心，因而吸附和转化大分子的能力增强，具有短而规整的孔道，有利于充分利用内表面活性位，具有均匀的骨架组分径向分布，从而改善活性和选择性，进而能够形成独特的多孔中间层结构，实现非金属材料到金属材料之间热膨胀系数的梯度过渡，可以降低钎焊后接头存在的残余应力，改善接头的力学性能，有利于提高异种材料的钎焊性能；本发明使用的中间层的孔径大小和厚度均可以调控，操作简单可行。
本发明通过添加的氟橡胶与天然橡胶提高了材料的耐腐蚀性能，添加的玻璃纤维、邻苯二甲酸二异壬酯、碳酸钙与炭黑提高了材料的机械性能，添加的二氧化钼与沸石分子筛提高了材料的硫化速度。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。本发明中未详细描述的技术细节均可通过本领域任一现有技术实现。