[發明專利]一種低溫耐磨高強度短碳纖維-玄武巖單向布混雜纖維復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811320488.0
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109383086A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 王大為;楊琪琳;洪斌;劉泉;李添帥;馬志敏
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B27/30;B32B27/36;B32B27/38;B32B27/40;C08L101/00;C08L83/04;C08K7/06;C08K5/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種低溫耐磨高強度短碳纖維?玄武巖單向布混雜纖維復合材料及其制備方法，本發明涉及復合材料及其制備技術領域。本發明要解決現有鋼鐵材料在低溫條件下易發生脆性斷裂，導致災難性的重大事故的技術問題。本發明復合材料是表層為短碳纖維、芯層為玄武巖單向布的增強樹脂復合材料；該復合材料的厚度為2mm，其中上表層短碳纖維厚度為0.5mm，下表層短碳纖維厚度為0.5mm，芯層玄武巖單向布厚度為1mm；增強樹脂采用乙烯基樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯或聚氨酯樹脂。本發明短碳纖維?玄武巖單向布混雜纖維復合材料具有輕質、高強和耐腐蝕等優良性能，用于制備低溫環境服役艦船關鍵部件。本發明用于制備低溫耐磨高強度短碳纖維?玄武巖單向布混雜纖維復合材料。

技術領域

本發明涉及復合材料及其制備技術領域。

背景技術

隨著我國在低溫超導等領域的不斷發展，對復合材料在低溫下工作時保持良好的機械性能的需求日益迫切。在低溫下，鋼鐵材料的脆性斷裂會引發災難性的重大事故。因此，近年來，一些先進復合材料在低溫系統，如超導裝置，熔融磁體結構，儲氫罐和能量裝置中應用越來越多。特別地，纖維增強聚合物(FRP)復合材料被廣泛用于低溫工程領域制備極地艦船關鍵部件，如緊固件。鋼鐵材料制造的緊固件容易在低溫下發生脆性斷裂，從而使材料存在安全隱患，影響極地艦船的工作。因此發展耐低溫的、耐磨的新型復合材料來代替鋼鐵材料用于制備低溫環境服役的艦船緊固件具有重要的實際意義。

發明內容

本發明要解決現有鋼鐵材料在低溫條件下易發生脆性斷裂，導致災難性的重大事故的技術問題，而提供一種低溫耐磨高強度短碳纖維-玄武巖單向布混雜纖維復合材料及其制備方法。

一種低溫耐磨高強度短碳纖維-玄武巖單向布混雜纖維復合材料，該復合材料是表層為短碳纖維、芯層為玄武巖單向布的增強樹脂復合材料；該復合材料的厚度為2mm，其中上表層短碳纖維厚度為0.5mm，下表層短碳纖維厚度為0.5mm，芯層玄武巖單向布厚度為1mm；增強樹脂采用乙烯基樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯或聚氨酯樹脂。

所述低溫耐磨高強度短碳纖維-玄武巖單向布混雜纖維復合材料中短碳纖維占增強樹脂質量的20～30％，玄武巖單向布占增強樹脂質量的40～60％；所述的短碳纖維為無膠短碳纖維，其長度為2～5mm，直徑為7μm，密度為1.76～1.78g/cm³。

所述的玄武巖單向布的單絲直徑為7μm，厚度為0.17mm，面密度為300g/m²。

一種低溫耐磨高強度短碳纖維-玄武巖單向布混雜纖維復合材料的制備方法，具體按以下步驟進行：

一、將乙烯基樹脂放入冰水浴中保持30～60min，然后加入有機硅油消泡劑，均勻攪拌3～5min，得到產物A；其中有機硅油消泡劑與乙烯基樹脂的質量百分比為0.3～0.5％；

二、將短碳纖維加入到部分步驟一得到的產物A中，然后進行機械攪拌，得到產物B；

三、將固化劑和促進劑依次加入步驟二得到的產物B中，均勻攪拌3～5min，得到產物C，將產物C均分為兩份；

四、將貼有脫模紙的模具放入真空干燥箱中預熱，然后將一份步驟三得到的產物C均勻涂覆在脫模紙上，其中所用的脫模紙為聚四氟乙烯薄膜；

五、將固化劑和促進劑依次加入剩余部分步驟一得到的產物A中，均勻攪拌3～5min，得到產物D；

六、將玄武巖單向布整齊均勻的放在步驟四中涂覆產物C的脫模紙上，然后將產物D均勻涂覆在玄武巖單向布上，得到產物E；

七、將另一份步驟三得到的產物C均勻涂覆在步驟六得到的產物E的玄武巖單向布上，得到產物F；

八、將步驟七得到的產物F放入真空干燥箱中，進行抽真空處理，然后在室溫條件下固化，得到所述低溫耐磨高強度短碳纖維-玄武巖單向布混雜纖維復合材料。