[发明专利]一种轻质复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻质复合材料，更具体的是涉及空心微球和纤维体复合材料。

背景技术

复合材料已广泛应用于航空、建筑、汽车等领域。复合材料密度普遍比较高，树脂基复合材料密度虽然比较低，一般也超过1.5g/cm³。现有复合材料内部多为实心结构，其在隔热、隔音、减震等方面效果并不理想。纤维复合材料作为近年突飞猛进发展的新型材料，由于特殊的物理性质及稳定的化学性质，尤其是出色的质轻、高强度，已在工程上被广泛地使用。

近年来填充空心玻璃微球改性塑料，或者直接复合成为复合材料的研究报道已不少见。如苗蔚、程文喜发表《空心玻璃微球填充改性PVC的研究》（《河南化工》2011年15期），报道了采用共混法合成了空心玻璃微球/聚氯乙烯(PVC)复合材料，空心玻璃微球使用前先用硅烷偶联剂KH-550进行了表面改性。通过高倍光学显微镜、红外分析仪、电子拉力机、邵氏硬度检测仪等手段研究了空心玻璃微球的含量对PVC抗拉强度，冲击强度和硬度等性能影响。结果表明:随着玻璃微球含量的逐渐增加，PVC复合材料的拉伸强度先增加后降低，伸长率不断降低，冲击强度略微下降，而硬度不断增加。苗蔚、程文喜还发表《空心玻璃微球改性酚醛树脂的研究》（《工业塑料应用》2009年12期）研究了空心玻璃微球对酚醛树脂(PF)的影响，通过光学显微镜和红外光谱证实了空心玻璃微球的存在。加入质量分数为5%的空心玻璃微球时，PF的硬度和热稳定性均得到提高，在空心玻璃微球小于等于15μm时高于纯PF。固定空心玻璃微球为15μm，PF的硬度和热稳定性随着玻璃微球含量的增加先迅速后缓慢提高；冲击强度则随含量的增加先增加后降低，在质量分数5%时达到最大值。各种复合材料研究中，空心玻璃微球已作为重要技术手段来改性复合材料。

关于空心颗粒的复合材料也早有报道，如中国专利申请号：02110464.6公开了一种含有空心颗粒的复合材料及其制备方法，属于使用无机和有机配料的组合物领域，包括基质原料和骨料，其特征是采用煤矸石粉料、工业炉渣细粉、水泥或耐火水泥、氧化铝细粉、高铝矾土粉体、锆刚玉粉体为基质原料，以空心颗粒为骨料制备的复合材料。一种制备方法是在模型内加入煤矸石粉料和/或工业炉渣细粉和/或水泥，再加入水、发泡剂和不同直径的空心颗粒，经混合、振动、加压成为具有一定形状的型材;还可将氧化铝细粉或和氧化铝空心颗粒、水混合，经加压成型、烘干、焙烧制成具有一定形状的高铝陶瓷质型材。该复合材料轻度高，质量轻，并具有优异的隔热、隔音、保温和定向渗透等性能，可以广泛用于建筑、窑炉和农业等领域。

如今复合材料的研究中不断的追求更好的隔热、隔音、减震等效果的同时，也在关注材料的美观与重量。纤维应用于复合材料，就可较好的减轻重量。如中国专利申请号：201110002811.1公开了一种轻质木塑复合材料及其制造方法，该复合材料的配方及其质量份数为:可发性聚苯乙烯30～100份、木纤维50～300份、偶联剂1～3份、胶粘剂4～30份。其制造工艺为先将木纤维干燥至含水率2-5%，而后对木纤维进行用硅烷偶联剂表面处理然后与EPS进行混合，再进行施胶、组坯、预压，最后热压成型得到轻质木塑复合材料。本发明制造的轻质木塑复合材料，具有比通常木塑复合材料密度低、生产工艺简单、成本低、物理力学性能优越且加工使用方便等特点，可广泛用作家具材料、包装材料和墙体材料使用。

本发明人在研究在减轻复合材料重量的同时追求更好的隔热、隔音、减震等效果。创造性的将纤维和空心玻璃微球改性树脂材料，得到一种轻质复合材料，并具有更好的隔热、隔音、减震效果。

发明内容

本发明的目的，为了解决现有复合材料内部多为实心结构，其在隔热、隔音、减震等方面效果并不理想的问题。为了最大限度降低复合材料重量，提高复合材料的隔热、隔音、减震等效果，本发明提供一种超轻质功能性纤维复合材料。

为了实现上述目的，本发明所采取措施及超轻质功能性纤维复合材料结构如下：

一种轻质复合材料，由均匀分布的基材、纤维体和空心微球组成；所述的纤维体和空心微球体积总和与基材的比例为1:5~1:1；所述的基材为热塑性或热固性树脂；所述的纤维体为麻纤维、碳纤维、玻璃纤维、丙纶、芳纶、玄武岩纤维的至少一种；所述的空心微球为空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的至少一种；所述的纤维体和空心微球的体积比为1:5~1:1；纤维体和空心微球通过基材粘结在一起。

优选的，所述的热固性树脂是酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺的至少一种。