[发明专利]一种含热膨胀系数可调材料的复合材料及其应用

说明书

本申请提供一种含热膨胀系数可调材料的复合材料及其应用，包括：第一复合层和第二复合层；第一复合层与第二复合层通过外部力复合为一体，复合后两者存在界面；第二复合层的原料包括切断的LCP纤维和高分子组分，第二复合层由把原料物理混合均匀的浆料制备成型，切断的LCP纤维在浆料和成型的第二复合层中均保持其自有物理形态；通过调整原料比例来调控第二复合层的热膨胀系数，使其与第一复合层的热膨胀系数一致。本发明提供的复合材料能够有效解决复合体系中不同材料热膨胀系数失配的问题，具有良好的经济价值。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种含热膨胀系数可调材料的复合材料及其应用。

背景技术

热膨胀效应指物体体积随温度改变而变化的现象，大部分材料都表现为正热膨胀效应，即材料体积随温度升高而变大。

在实际应用中，多数设备的部件或器件都采用复合体系，即两种或以上的材料通过外部物理手段(例如：层压、粘合、胶接、热轧等)复合为一体，复合的各种材料往往有着不同的热膨胀系数(CTE)，热膨胀系数的差异在部件或结构经历环境温度明显变化时，使得材料以不同的速率和程度膨胀或收缩，引起材料之间很大的界面应力，材料热膨胀系数的失配容易导致部件或器件疲劳老化，甚至脱落，进而导致仪器精度下降、功能失效。例如，航空航天器在高速飞行时与空气摩擦而使得设备外壳温度剧烈上升，外壳发生剧烈的热变形，对于存在复合材料的外壳来说不同材料有不同程度的膨胀，这容易导致外壳发生破坏。又如用于各种电子设备的PCB板，PCB板多数为覆铜板，上下两层是铜板，中间是不导电的有机材料，元件被焊接在PCB板上形成焊点，铜与有机材料的CTE差异会导致PCB板受热时不同层的材料发生不同程度的膨胀，导致焊点脱落，信息失真；又如，相机镜筒受热时发生膨胀，膨胀程度的差异容易导致镜筒老化，进而导致光路改变影响成像。因此，在精密仪器、微电子等领域，由复合材料制造的器件或部件在结构的精度上要求较高，尤其温度敏感元件，需要复合体系中的不同材料的热膨胀尽可能匹配，以减少温度变化对器件性能的影响。

一些负膨胀的材料已被创新地应用于解决此类问题，将正热膨胀和负热膨胀的材料进行复合，能够一定程度上解决热膨胀系数失配的问题，但是如何调控一种材料的热膨胀行为使其与另一种材料的热膨胀匹配，是目前比较欠缺的，热膨胀系数匹配地较好甚至达到一致的复合体系比正负结合的复合体系更能适应环境温度的变化，这是更迫切需要的。

发明内容

基于此，本发明提出一种含热膨胀系数可调材料的复合材料及其应用，复合体系中的其中一种材料组分的热膨胀系数可调，使其与另一材料组分的热膨胀系数匹配一致，减小因热膨胀引起材料之间的界面应力，克服现有复合体系材料的缺陷。

第一方面，一种含热膨胀系数可调材料的复合材料，包括：

第一复合层和第二复合层；

第一复合层与第二复合层通过外部力复合为一体，复合后两者存在界面；

第二复合层的原料包括切断的LCP纤维和高分子组分，第二复合层由把原料物理混合均匀的浆料制备成型，切断的LCP纤维在浆料和成型的第二复合层中均保持自有物理形态；

第二复合层的热膨胀系数通过调整原料比例进行调控，使第二复合层的热膨胀系数与第一复合层的热膨胀系数一致。

优选地，切断的LCP纤维长度为1～40mm。

优选地，高分子组分为热固性塑料或热塑性塑料。

优选地，高分子组分为热固性塑料时，与切断的LCP纤维物理混合的是溶解状态的热固性塑料。

优选地，高分子组分为热塑性塑料时，与切断的LCP纤维物理混合的是熔融状态的热塑性塑料。

优选地，切断的LCP纤维与熔融状态的热塑性塑料物理混合时，熔融的温度不低于热塑性塑料的熔点，且低于LCP纤维的熔点，使得LCP纤维在浆料中保持其物理形态。