[发明专利]轻质纤维增强酚醛三明治板材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种轻质纤维增强酚醛三明治板材及其制备方法，由两个面层和两个面层之间的芯材层组成，或者由两个三明治面层和两个三明治面层之间的芯材层组成，芯材层为纤维增强酚醛轻质泡沫层。本发明的板材解决了酚醛泡沫性脆的问题，板材由里向外均是阻燃性能较佳的酚醛材料，因此板材的阻燃性能优异，可耐150℃～180℃的高温，并且在高温下板材强度保持率高，能够满足机车车辆的防火要求。板材的芯材和面层均是轻质材料，能够满足车辆轻量化要求。板材的芯材和面层均使用纤维增强，芯材中的纤维可有效增加酚醛泡沫的强度和刚度，面层中的纤维同样可有效增加酚醛板材的强度和刚度，得到的三明治板材兼具较好的强度和刚度。

技术领域

本发明涉及一种复合材料板材，具体涉及一种轻质、阻燃的纤维增强酚醛三明治板材及其制备方法。

背景技术

对于交通车辆，特别是高速列车，轻量化对于其降低动能效果非常明显；动能=1/2mv²，所以轻量化（m降低）能抑制随高速化而增大的制动吸收能。例如：列车速度由220km/h提高到270km/h，如果车体重量不变，动能增加了50%左右；但如果车体重量降低30%，动能仅增加5%左右。我国普通列车的车体结构自重在14t左右，而国外高速客车则在7.5～10t以下。根据相关报道，车辆的重量下降10%，运行能耗可下降7%。

交通车辆的轻量化复合材料发展迅速，采用复合材料板材是保证车辆性能同时实现轻量化设计的一条重要途径。

近年开发制备的主要轻量化材料之一是三明治结构板材，三明治结构是一种特殊的复合材料结构类型，三明治夹芯结构是通过在重量轻而相对厚的芯材两侧贴上两层薄而坚固又抗拉的面板所组成。三明治夹芯结构有着典型的轻重量、高刚性和高强度特征。当三明治夹芯结构承受弯曲载荷时，其工作原理有些类似工字钢，工字钢翼板（如三明治夹芯结构的面板）承载平面压缩和拉伸荷载，而工字钢腹板承受剪切载荷（如结构三明治夹芯结构的芯材）。像使用传统的工字钢一样，当上下面板之间的距离被进一步分开，结构就能获得更大比例的刚性。较厚的芯材能达到同样的效果，但它也能提供一个总体的低比重，这就获得了较高的刚度-重量比。

三明治结构板材的芯材通常采用蜂窝芯材或泡沫芯材，从而得到蜂窝芯材三明治结构板材或泡沫芯材三明治结构板材。具体的，蜂窝芯材有PP蜂窝、铝蜂窝、芳纶蜂窝等，泡沫芯材有PVC、PET、PEI、PMI、PF泡沫、泡沫铝等种类。三明治结构板材的面层通常采用铝板、玻纤增强PP、纤维增强环氧板、纤维增强酚醛板等。

对于蜂窝芯材三明治结构板材，使用过程中蜂窝夹层结构表现出一些缺点，如蜂窝和面层的粘接接触面积相对较小，抗疲劳性能较差；蜂窝的开孔容易渗水导致芯材和面层的粘接破坏等；另外板材的制造工艺上不适用一些湿法工艺或树脂注射工艺。

对于泡沫芯材三明治结构板材，除了发泡铝作为芯材，当其它有机泡沫作芯材时，板材的防火安全性就成了问题。

对于轨道车辆用板材，除了轻量化要求，阻燃性也是非常重要的性能指标。常见的碳纤维（或玻纤、芳纶纤维）增强环氧或乙烯基酯树脂复合材料，以及高强度有机物泡沫，相对于优质阻燃酚醛复合材料，在阻燃、烟密度、烟气毒性、耐温等方面都还比较有限。但是酚醛泡沫性脆，要得到高模量的酚醛泡沫材料及三明治板材，存在很大的难度。