CN111690231A - 基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法，涉及树脂基复合材料技术领域，本发明以双酚A型环氧树脂或咪唑接枝改性环氧树脂作为基体树脂，以玄武岩纤维、自制复合纤维和芳纶纤维作为纤维增强体，制得新型纤维复合材料；所制纤维复合材料具有质轻、强度高、加工成型简便、弹性优良、耐腐蚀性和耐候性好等特点，可以取代金属合金作为军工产品的外包装材料。
Description
技术领域：
本发明涉及树脂基复合材料技术领域，具体涉及一种基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法。
背景技术：
目前国内广泛应用的纤维复合材料为碳纤维复合材料，碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量的纤维材料，但碳纤维多为进口，价格较高，如果复合材料中的纤维全部采用碳纤维，那么无疑就增加了复合材料的加工成本。
现有纤维复合材料除了包含纤维以外，还以树脂作为基体，目前一般采用环氧树脂，但由于纤维的比表面积较小，使得纤维与树脂基体之间的结合较弱，因此会限制纤维高性能的发挥。
玻璃纤维虽然具有耐高温、抗腐蚀、强度高、绝缘性好等特性，但相对于碳纤维来说，重量较大，不利于加工成轻质包装材料。结合现有纤维的优缺点，本领域技术人员联想到通过开发复合纤维来优化纤维复合材料的应用性能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法，通过自制复合纤维来解决采用天然纤维存在多种杂质的问题，所制复合纤维的强度高，并通过玄武岩纤维、复合纤维和芳纶纤维的组合来降低加工成本以及优化复合材料的使用性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法，包括下列操作：
(1)将二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇按比例混合，并加热至熔融状态得到熔体，将熔体连续通过漏板，冷却成型，得到复合纤维；
(2)将玄武岩纤维、上述复合纤维和芳纶纤维混合均匀后加捻成纱，得到纱线；
(3)上述纱线经整经、穿经、织造制成平纹组织的复合纤维布；
(4)将双酚A型环氧树脂、填料、固化剂和促进剂高速混合，得到浸胶液；
(5)将上述复合纤维布匀速通过浸胶液，轧去多余浸胶液，加热固化，得到纤维复合材料。
所述二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇的质量比为50-100:5-20:1-10:1-10。
所述玄武岩纤维、复合纤维和芳纶纤维的质量比为100-150:5-20:5-20。
所述双酚A型环氧树脂、填料、固化剂、促进剂的质量比为50-100:5-20:10-30:0.1-3。
所述填料为粉煤灰、滑石粉、石棉粉、云母粉中的一种。
所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种。
所述促进剂为三氯化铁、氯化亚锡中的一种。
所述加热固化的温度为100-120℃。
上述技术方案中以双酚A型环氧树脂作为浸胶液的树脂成分，以复合纤维作为纤维增强体，通过浸渍和固化形成树脂基复合材料。树脂基体提供连续的基体相，把增强纤维均匀地分开形成分散相，以使增强纤维在受到反抗性或弯曲等外来作用时，不会失去增强作用。
本发明基于提高树脂基体的强度和模量的目的，对上述双酚A型环氧树脂进行了接枝改性，以1-(2-羟乙基)咪唑作为改性剂，通过环氧基和羟基的反应在环氧树脂上接枝咪唑基，即本发明所要解决的技术问题还可以采用以下的技术方案来实现：
基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法，包括下列操作：
(1)将二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇按比例混合，并加热至熔融状态得到熔体，将熔体连续通过漏板，冷却成型，得到复合纤维；
(2)将玄武岩纤维、上述复合纤维和芳纶纤维混合均匀后加捻成纱，得到纱线；
(3)上述纱线经整经、穿经、织造制成平纹组织的复合纤维布；
(4)向双酚A型环氧树脂中加入1-(2-羟乙基)咪唑，加热反应，同时滴加三乙胺的乙醇溶液，滴加完成后保温反应，反应结束后减压蒸馏回收乙醇，得到咪唑接枝改性环氧树脂；
(5)将上述咪唑接枝改性环氧树脂、填料、固化剂和促进剂高速混合，得到浸胶液；
(6)将上述复合纤维布匀速通过浸胶液，轧去多余浸胶液，加热固化，得到纤维复合材料。
所述二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇的质量比为50-100:5-20:1-10:1-10。
所述玄武岩纤维、复合纤维和芳纶纤维的质量比为100-150:5-20:5-20。
所述三乙胺的乙醇溶液是由三乙胺溶于乙醇制成，质量浓度为5-10％。
所述双酚A型环氧树脂、1-(2-羟乙基)咪唑、三乙胺的质量比为100-200:10-30:0.2-2。
所述咪唑接枝改性环氧树脂、填料、固化剂、促进剂的质量比为50-100:5-20:10-30:0.1-3。
所述填料为粉煤灰、滑石粉、石棉粉、云母粉中的一种。
所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种。
所述促进剂为三氯化铁、氯化亚锡中的一种。
所述加热固化的温度为100-120℃。
1、本发明利用二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇自制复合纤维，所制复合纤维属于本领域的新型复合纤维。
2、本发明通过以玄武岩纤维、复合纤维和芳纶纤维替代碳纤维，不仅降低了纤维纱线的加工成本，还优化了最终所制纤维复合材料的绝缘性能，因为碳纤维的导电性好，因此绝缘性能差，存在使用安全隐患。
3、本发明中双酚A型环氧树脂或咪唑接枝改性环氧树脂在固化剂作用下，形成不熔和不溶解的网状交联型高分子化合物，以作为树脂基体来保护纤维增强体。
本发明的有益效果是：本发明以双酚A型环氧树脂或咪唑接枝改性环氧树脂作为基体树脂，以玄武岩纤维、自制复合纤维和芳纶纤维作为纤维增强体，制得新型纤维复合材料；所制纤维复合材料具有质轻、强度高、加工成型简便、弹性优良、耐腐蚀性和耐候性好等特点，可以取代金属合金作为军工产品的外包装材料。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
玄武岩纤维购自武汉市中鼎经济发展有限责任公司的短切玄武岩纤维；芳纶纤维购自USA杜邦对位短切芳纶纤维1414；双酚A型环氧树脂购自南亚NPEL-127E双酚A型环氧树脂；滑石粉购自浙江长兴鸿玥非金属材料有限公司的超细滑石粉。
实施例1
(1)将90g二氧化钛、10g氧化锆、8g氧化钴和5g氧化钇混合，并以15℃/min的升温速度加热至熔融状态后保温得到熔体，将熔体连续通过漏板，冷却成型，得到复合纤维；
(2)将120g玄武岩纤维、15g上述复合纤维和10g芳纶纤维混合均匀后加捻成纱，得到纱线；
(3)上述纱线经整经、穿经、织造制成平纹组织厚度150μm的复合纤维布；
(4)将85g双酚A型环氧树脂、8g滑石粉、20g二乙烯三胺和0.5g氯化亚锡高速混合，得到浸胶液；
(5)将上述复合纤维布匀速通过浸胶液，轧去多余浸胶液，加热至115℃固化2h，得到纤维复合材料。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处是将复合纤维用量调整为18g，其余同实施例1。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处是以等量的咪唑接枝改性环氧树脂替代双酚A型环氧树脂，其余同实施例1。
咪唑接枝改性环氧树脂的制备：向150g双酚A型环氧树脂中加入22g 1-(2-羟乙基)咪唑，加热至80℃反应，同时滴加质量浓度8％的三乙胺的乙醇溶液(以三乙胺计，1.5g)，滴加完成后80℃下保温反应5h，反应结束后减压蒸馏回收乙醇，得到咪唑接枝改性环氧树脂。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处是在制备复合纤维时不添加氧化钇，其余同实施例1。
对比例2
对比例2与实施例1的不同之处是在制备复合纤维时不添加氧化钴，其余同实施例1。
对比例3
对比例3与实施例1的不同之处是在制备复合纤维时不添加氧化锆，其余同实施例1。
对比例4
对比例4与实施例1的不同之处是在制备纱线时不添加复合纤维，其余同实施例1。
对上述实施例和对比例所制纤维复合材料进行力学强度测试，结果见表1所示。按照标准GB/T 1447-2005测试拉伸强度，标准JC/T 773-2010测试层间剪切强度。
表1纤维复合材料的力学强度
| 组别 | 拉伸强度/GPa | 层间剪切强度/MPa |
| 实施例1 | 2.04 | 247 |
| 实施例2 | 2.10 | 259 |
| 实施例3 | 2.18 | 265 |
| 对比例1 | 1.96 | 242 |
| 对比例2 | 1.87 | 236 |
| 对比例3 | 1.75 | 214 |
| 对比例4 | 1.38 | 160 |
从表1可以看出，本发明实施例通过咪唑接枝改性环氧树脂的制备和复合纤维的制备能够显著提高所制纤维复合材料的拉伸强度和层间剪切强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.基于高性能纤维复合材料军工产品外包装的制备方法，其特征在于：包括下列操作：
(1)将二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇按比例混合，并加热至熔融状态得到熔体，将熔体连续通过漏板，冷却成型，得到复合纤维；
(2)将玄武岩纤维、上述复合纤维和芳纶纤维混合均匀后加捻成纱，得到纱线；
(3)上述纱线经整经、穿经、织造制成平纹组织的复合纤维布；
(4)将双酚A型环氧树脂、填料、固化剂和促进剂高速混合，得到浸胶液；
(5)将上述复合纤维布匀速通过浸胶液，轧去多余浸胶液，加热固化，得到纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛、氧化锆、氧化钴和氧化钇的质量比为50-100:5-20:1-10:1-10。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述玄武岩纤维、复合纤维和芳纶纤维的质量比为100-150:5-20:5-20。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述双酚A型环氧树脂、填料、固化剂、促进剂的质量比为50-100:5-20:10-30:0.1-3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述填料为粉煤灰、滑石粉、石棉粉、云母粉中的一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述促进剂为三氯化铁、氯化亚锡中的一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述加热固化的温度为100-120℃。
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