[发明专利]一种密度小于水的轻质高强复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于增强材料制造技术领域，特别是涉及一种密度小于水的轻质高强复合材料及其制备方法。

背景技术

最近，工信部编制十二五我国新材料产业，将特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料和前沿新材料划定为重点新材料。

当前，全球低碳经济呼唤纤维增强复合材料向轻量化方向发展。减轻原材料的重量或利用比原材料轻的物质混合是目前实现轻量化的一个重要途径，比如使用密度低的环氧树脂或热塑性材料，又比如利用比空气轻的气体、比原材料轻的填料等。

环氧树脂具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、加工成型简便、生产效率高、综合性能较好、性价比高等诸多特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，其已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料之一。空心玻璃微珠是一种具有各项同性、空心、内含气体的多功能微细玻璃体，具有密度低、在树脂中易分散、有较小的比表面积及低吸油率、降低制品的收缩和曲翘、较高尺寸稳定性、抗冲击性能、耐热性、耐磨蚀性和易于加工的填充无机材料、生产成本低、隔热、隔音等一系列优越的理化性能，可广泛应用在风机叶片、深海浮力、航空航天、油田固井、汽车等技术领域。本发明正是利用空心玻璃微珠在环氧树脂中良好的分散性和低密度的性质，来降低复合材料的密度，从而研发出一种轻质高强的复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种配方简单、可直接混合加工并具有质轻、强度高、含有空心玻璃微球且密度小于水的树脂基复合材料及其制备方法。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种轻质高强复合材料，由至少一层半固化片层压热固化而成，或由至少一层布膜经层压热固化而成，或者由至少一层半固化片与至少一层布膜经层压热固化而成，所述的半固化片由第一增强材料浸渍混合液后经烘箱烘烤而制得，所述的布膜由混合液涂覆于第二增强材料单面或双面后经烘箱烘烤制得，其中，所述的混合液由以下物料按重量份数均匀混配而成：环氧树脂100份，增韧剂0～15份，溶剂30.0～70.0份，固化剂2.5～35份，促进剂0.01～0.30份，偶联剂0.5～3.0份，表面活性剂0.05～0.15份，空心玻璃微球20～60份。

本发明技术方案中，增强材料涂覆布膜，提高了上胶的胶含量，从而保证了制得的复合材料密度低于水的要求；添加20～60份空心玻璃微球，保证了制得复合材料低密度、高强度的要求，且混合液容易混合均匀，保证制得复合材料的均匀性和一致性；添加偶联剂，使得空心玻璃微球与溶液及增强材料的相容性更好，能够提升混合液的结合力；添加表面活性剂，充分润湿空心玻璃微球，有利于其在树脂中分散，提高了空心玻璃微球的附着力；添加增韧剂是为了加强涂覆布膜的韧性，防止膜层太脆而出现掉粉等情况。

作为优选，所述空心玻璃微球粒径为5～100μm，密度为0.3～0.5g/cm³。这样不仅可以保证制得复合材料的密度低、强度高，而且混合液容易混合均匀，保证制得的复合材料均匀性和一致性。

作为优选，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述表面活性剂为氟碳表面活性剂。氟碳表面活性剂中的氟碳链分子能够极大地降低水的表面张力，具有一定的防水防油性，同时能提高耐沾污性。添加后充分润湿玻璃微球，利于其在树脂中的分散，并在一定程度上提高了玻璃微球的附着力。

作为优选，所述溶剂选取丙酮、丁酮或二甲基甲酰胺的一种或多种。

作为优选，所述促进剂选取二甲基咪唑或二乙基四甲基咪唑的一种或多种。

作为优选，所述增韧剂选取聚乙烯醇缩丁醛或丁腈橡胶的一种或多种。

作为优选，所述的第一、第二增强材料为电子级玻璃纤维布。电子级玻璃纤维布常见的型号有1080、2116、7628、1506等标准布或仿布。

作为优选，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、溴化环氧树脂或含磷环氧树脂。

作为优选，所述固化剂选取双氰胺、酚醛、硼杂八环酯基叔胺、二氨基二苯砜或者二氨基二苯胺的一种或多种。

作为优选，所述的固化剂为潜伏型电子级双氰胺固化剂或硼杂八环酯基叔胺固化剂，具有树脂固化操作窗口宽、工艺可控性强的优点。

本发明还公开了前述轻质高强复合材料的制备方法，其一技术方案如下：一种轻质高强复合材料的制备方法，其按如下步骤：