[发明专利]一种轻质高强的碳纤维三明治板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合板材技术领域，涉及一种轻质高强的碳纤维三明治板及其制备方法。

背景技术

碳纤维材料因其具有质量轻、强度高的特点，近年来常用于支撑结构，如飞机机翼、自行车座、汽车车身等。例如申请号2015101250530中公布的一种碳纤维板材，采用了碳纤维布浸渍环氧树脂胶，虽然提高了抗压、抗弯、抗剪切等强度，但由于几乎完全采用了碳纤维，导致生产成本大大增加。

纯的碳纤维需要与其他材料复合，制备得到碳纤维增强复合材料进行使用。例如申请号201620421262.X中公布的一种碳纤维三明治板材，将碳纤维层、玻璃纤维层、聚氨酯泡沫、铝型材骨架等进行复合，虽然保温性能良好，但由于原材料密度较大，会加大机加工的能耗。

因此，构建一种简单实用的技术方案来制备质量轻、强度高的碳纤维三明治板具有重要的意义和价值。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种轻质高强的碳纤维三明治板及其制备方法，可通过机加工方式与热塑性材料复合成型，作为3C及汽车行业的非承力结构或部分承力结构部件。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：上下表面为碳纤维层，中间层为交替设置的纤维层及微珠层，通过环氧树脂复合物将上下表面与中间层进行复合，具体制备步骤如下：

（1）配置胶液，将环氧树脂与固化剂按一定质量比例混合均匀后形成环氧树脂复合物，控制每平方米的胶液量在450-650g范围内，涂刷至碳纤维层的表面；

（2）将中间层的纤维平铺于下碳纤维层上后，真空导入微珠形成微珠层；

（3）交替铺设纤维层与微珠层，然后铺上碳纤维层；

（4）开启热压机，于90-110℃、0.3-1MPa下进行辊压复合50-130s，取出冷却后即得到碳纤维三明治板。

本发明所述的一种轻质高强的碳纤维三明治板，所述上下表面碳纤维层数为2-8层，优选为4-6层。

本发明所述的一种轻质高强的碳纤维三明治板，所述中间层为3-10层，其中纤维层层数为1-5层，优选2-4层。

本发明所述的一种轻质高强的碳纤维三明治板，步骤（1）所述胶液包括缩水甘油酯型环氧树脂和固化剂间苯二胺，缩水甘油酯型环氧树脂和间苯二胺的质量比为1:1 -1:10，优选1:2-1:5。

本发明所述的一种轻质高强的碳纤维三明治板，所述中间层为聚酯纤维、丙纶纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维、麻纤维、棉纤维、芳纶纤维中的任意一种或复合物。

本发明所述的一种轻质高强的碳纤维三明治板，所述微珠为空心玻璃微珠、实心玻璃微珠、聚合物微球中的任意一种或复合物。

本发明所述的一种轻质高强的碳纤维三明治板，所述中间层的微珠含量为总重量的5%-25%，优选5%-15%。

本发明的有益效果是：

本发明通过环氧树脂复合物，将碳纤维层与包含空心微珠或微球的纤维中间层复合，得到的碳纤维三明治板质量更轻、强度更高且厚度较薄，可通过机加工方式与热塑性材料复合，作为3C及汽车行业的非承力结构或部分承力结构部件，成本低，易于推广。

附图说明

图1为本发明所述的碳纤维三明治板结构示意图。

附图标记列表：

1、碳纤维层，2、中间层，3、环氧树脂复合物，4、上碳纤维层，5、下碳纤维层，6、纤维层，7、微珠层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一：

使用缩水甘油酯型环氧树脂和固化剂间苯二胺，以质量比为1:2的比例配置环氧树脂复合物；

使用环氧树脂复合物以500g/m²的量将碳纤维表面进行处理；

将处理过的4层碳纤维、1层玻璃纤维、总量的5%的空心玻璃微珠K1、1层玻璃纤维、处理过的4层碳纤维依次铺叠，于热压机上100℃、0.4MPa下进行辊压复合100s，冷却即为碳纤维三明治板。

实施例二：

使用缩水甘油酯型环氧树脂和固化剂间苯二胺，以质量比为1:5的比例配置环氧树脂复合物；

使用环氧树脂复合物以450g/m²的量将碳纤维表面进行处理；

将处理过的2层碳纤维、1层玻璃纤维、总量的15%的空心玻璃微珠K1、1层玻璃纤维、处理过的2层碳纤维依次铺叠，于热压机上90℃、0.3MPa下进行辊压复合130s，冷却即为碳纤维三明治板。