[发明专利]一种轻质三明治结构复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种树脂基复合材料。

背景技术

轻质三明治结构复合材料由于具有“轻质高强”的特性，在近几十年发展迅猛。夹芯复合材料结构被形象地称为“三明治结构”，这种结构一般是由三层材料制成，这种材料的上下面层是高强度、高模量材料，中间层(芯材)是较厚的轻质材料。目前，用于复合材料“三明治”结构的夹芯材料主要有强心毡、硬质泡沫、蜂窝和轻木四大类。硬质泡沫主要有聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亚胺(PEI)和丙烯腈一苯乙烯(SAN或AS)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、热塑性聚乙烯(PET)等。蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等。蜂窝夹层结构的强度高，刚性好，但蜂窝为开孔结构，与上下面板的粘接面积小，粘接效果一般没有泡沫好。轻木夹芯材料是一种天然产品，市场常见的轻木夹芯为Balsa轻木，其纤维具有良好的强度和韧性，特别适合用于复合材料夹层结构。

三明治结构(夹层结构)的研究和生产，迄今已有六十多年历史，1943年英国海耳教授第一次采用夹层结构设计飞机的机翼，其表面用的是桃花芯木，夹芯材料用的是巴萨木。为了改进木材易潮湿、易腐蚀和易着火的缺点，美国千斯渥特飞机公司在制造“短剑式”飞机机翼时，采用了铝制薄片做表面。随着玻璃钢等复合材料的发展，研制成功了耐热性和电性能都很好的玻璃钢蜂窝夹层结构和玻璃钢泡沫夹层结构，在飞机、船舶、车辆、建筑等方面的使用逐年增加，并已成为雷达罩生产专用结构材料。以碳纤维、硼纤维复合材料做面板的三明治结构夹芯材料已大量出现在航空、宇航工业中。近几年，夹芯复合材料无论是在产量、销量还是在生产技术、生产工艺、新产品研发等方面，都获得了快速发展。

纺织结构复合材料由于其优异的力学性能和相对较低的价格，其应用几乎渗透到各个领域，如航空航天、车船制造、建筑行业、医疗卫生、体育用品等领域。为了减少在编织过程中对纤维的损伤以及由于屈曲降低承力作用，人们采用无屈曲织物(non-crimp Fabric，简称NCF)作为纺织复合材料的增强体。NCF由在特定方向上呈直线排列的纤维束层构成，纤维束以特定方向一根根排列，并使用较细的纱线用针织的方法将其固定起来。NCF织物除了减少对纤维的损伤外，也改善了层间剪切强度、损伤容限、厚度方向上的性能等，作为复合材料的增强结构，它既克服了机织物因纱线屈曲而导致的纱线性能利用率降低的问题，又改善了层合织物在使用中易于层间开裂的缺陷，因而具有广阔的发展前景。

本发明以黄麻纬编双轴向衬纱织物(Multi-layered Biaxial Weft Knitted Fabrics，MBWK，即是利用针织基本线圈结构将经纬向黄麻衬纱平直地绑缚在织物中，使两轴向衬纱呈现伸直状态，从而最大限度地发挥其增强性能)作为轻质三明治结构的上下面层，作为此三明治结构复合材料的主要支撑构件。纬编双轴向衬纱织物双轴向织物具有优异的拉伸性能及良好的可成形性，是目前综合性能很好的纺织复合材料增强结构。

高粱类植物秸秆是个值得开发的天然材料，其秸秆芯料资源丰富，具有质轻、价廉和易加工的特点。传统上这种秸秆都做燃料或者动物的饲料，对它的开发也仅局限于燃料和饲料上。植物秸秆芯料为多孔管状排列结构。这种结构决定了其具有低密度，易压缩，隔热等特性。本发明根据秸秆芯料的特性将其作为复合材料的夹层材料使用。它与木质材料作为夹层的功能一样，但秸秆芯料更轻，更软，也更易加工，它可以直接加入材料中模压成型，成型时芯料可以被压成任意模具形状。黄麻纤维是一种韧皮纤维，源于自然、对环境无害、可生物降解，价格低廉，具有较高的比模量、比强度，适合制作较高承载要求的复合材料增强体。我国黄麻资源丰富，应用历史悠久，采用黄麻天然纤维替代或取代木材、玻璃纤维等材料做为聚合物复合材料的增强体，在净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物以及有效利用自然资源和材料的再资源化等方面具有积极意义。

发明内容

本发明提供一种轻质三明治结构复合材料及其制造方法。

所述轻质三明治结构复合材料以黄麻纬编双轴向织物为上下面层，以高粱类植物秸秆芯料作为中间层的轻质三明治结构复合材料；所述轻质三明治结构复合材料由黄麻纬编双轴向针织物面层及秸秆芯料与聚丙烯短纤热压制得，所述轻质三明治结构复合材料拉伸强度为23.5-50.2Mpa，弯曲强度为32.6-75.2Mpa；