[發(fā)明專利]一種苧麻纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711391972.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107936483A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方璐;董會(huì)娜;姚棟嘉;郭杰;肖丹;梁迪迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安銳思博創(chuàng)應(yīng)用材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C08L63/00
• 分類號(hào): C08L63/00;C08L1/02;C08J5/04
• 代理公司: 鄭州豫開(kāi)專利代理事務(wù)所(普通合伙)41131
• 代理人: 張智偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于防彈裝甲板板材領(lǐng)域，具體涉及一種苧麻纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

對(duì)于防彈裝甲而言，其彈道性能是關(guān)鍵指標(biāo)，包括抗侵徹能力、抗沖擊能力和抗崩落能力，而它們與構(gòu)成裝甲的材料密切相關(guān)。裝甲材料應(yīng)盡可能滿足“高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、低密度、低成本”的要求。然而對(duì)于這種要求，沒(méi)有任何一種均質(zhì)單相材料能夠同時(shí)滿足。陶瓷作為裝甲材料具有諸多優(yōu)點(diǎn)：具有極高的硬度和抗壓強(qiáng)度，有利于抵御高速穿甲彈的侵蝕；密度小，約為均質(zhì)裝甲鋼的1/4~1 /2，有利于裝甲重量的減輕；耐熱性好，在高溫下可以保持形狀尺寸不變，能夠抵御高溫射流的侵蝕。但陶瓷材料也存在諸多缺點(diǎn)，如塑性差、斷裂強(qiáng)度低且易產(chǎn)生脆性斷裂、成型尺寸較小等。金屬作為裝甲材料則存在密度大。目前功能復(fù)合裝甲材料是最理想的一種應(yīng)用形式，也是提高防彈水平最有競(jìng)爭(zhēng)力的裝甲材料。

植物纖維具有輕質(zhì)、無(wú)毒、低成本、高的比強(qiáng)度和比模量及可生物降解特性，其中，苧麻纖維在中國(guó)來(lái)源廣泛，被稱作“中國(guó)草”，其力學(xué)性能較為優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度為400~938MPa，拉伸模量為 61.4～128GPa。因此，它是纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體。目前將纖維用于復(fù)合材料的制備主要集中于纖維分散能力以及纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合狀態(tài)的研究上。對(duì)纖維的分散問(wèn)題傳統(tǒng)方法主要是指采用溶液分散的方法，其不但周期較長(zhǎng)，且在分散過(guò)程中分散劑等的加入會(huì)影響纖維表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，同時(shí)分散后的纖維在干燥后可能也會(huì)造成纖維的重新團(tuán)聚等問(wèn)題。其中纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)性能是決定復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)劣的重要因素之一。苧麻纖維具有一定的親水性，與疏水性環(huán)氧樹(shù)脂的相容性差，導(dǎo)致了其界面粘結(jié)性能較弱，無(wú)法有效地將外加載荷由環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)界面?zhèn)鬟f到增強(qiáng)纖維，最終使得復(fù)合材料承載能力不夠理想。 因此，在制備苧麻纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料前通常需要對(duì)纖維進(jìn)行改性以降低其親水性及吸濕性，提高復(fù)合材料的界面粘結(jié)力。可見(jiàn)苧麻纖維的表面特性產(chǎn)生的分散性和纖維與樹(shù)脂界面的結(jié)合狀態(tài)是相互矛盾的，因此需要尋找一種合適的制備方法使纖維在均勻分散成型的基礎(chǔ)上提高其與樹(shù)脂的界面結(jié)合力。目前不管是物理改性如熱處理法、堿處理法、低溫等離子體處理，還是化學(xué)法如用苯甲酸、有機(jī)硅烷等處理，均需要單獨(dú)對(duì)苧麻纖維進(jìn)行處理，使纖維表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生變化的同時(shí)也造成污染，并且生產(chǎn)流程也相對(duì)較長(zhǎng)。目前，苧麻等天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究已成為關(guān)注的熱點(diǎn)，對(duì)纖維合適的改性途徑有待進(jìn)一步研究，并進(jìn)一步將其用于替代復(fù)合材料中的合成增強(qiáng)體而應(yīng)用于裝甲材料中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種苧麻纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種苧麻纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）、將苧麻纖維裁剪成段，置于模具腔中，然后放在機(jī)械振動(dòng)臺(tái)中，設(shè)定振動(dòng)的功率為1.2~1.8 KW、振動(dòng)的頻率為300~600 HZ、振幅為1~5 mm、振動(dòng)的時(shí)間為10~30 min；

（2）、將液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑、硅烷偶聯(lián)劑以質(zhì)量比（1~1.2）∶1∶（0.01~0.066）混合均勻，得環(huán)氧樹(shù)脂膠液；

（3）、將模具腔從機(jī)械振動(dòng)臺(tái)中取出，再將上述環(huán)氧樹(shù)脂膠液注入模具腔中浸透苧麻纖維；

（4）、將步驟（3）浸漬處理的苧麻纖維先室溫晾干，再加壓成型，最后固化，即得苧麻纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。

較好地，步驟（1）中，將苧麻纖維裁剪成長(zhǎng)度為10~20mm的段。

較好地，步驟（2）中，所述液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型或酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂。

較好地，步驟（2）中，所述固化劑為三乙烯四胺、聚酰胺、二乙烯三胺或乙二胺；所述硅烷偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑A-151。

較好地，步驟（3）中，將環(huán)氧樹(shù)脂膠液注入模具腔中浸透苧麻纖維時(shí)，苧麻纖維在終體系中的質(zhì)量濃度為30~50 %。

較好地，步驟（4）中加壓成型的壓力為100~150 MPa，固化的溫度范圍為60~80 ℃，固化的時(shí)間為24~36 h。

所述制備方法制備的苧麻纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料作為防彈裝甲板的夾層材料的應(yīng)用。