[發明專利]一種可變密度的熱塑性復合材料夾芯結構及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110609205.X
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113291011A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 周曉東;湯溢融
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B32B27/28
• 分類號: B32B27/28;B32B27/36;B32B27/20;B32B27/08;B60R13/02;B62D25/06;B62D29/04;B29C70/34;B29C65/02;B29L7/00;B29L9/00
• 代理公司: 上海領洋專利代理事務所(普通合伙) 31292
• 代理人: 羅曉鵬

本發明公開了一種可變密度的熱塑性復合材料夾芯結構及其制備方法和應用，屬于復合材料技術領域。該熱塑性復合材料夾芯結構包括面板和位于面板之間的可變密度夾芯層，以連續纖維織物增強熱塑性樹脂板材作為面板，以膨脹化的長纖維增強熱塑性樹脂片材作為可變密度夾芯層，在加熱加壓的條件下熱壓固化后冷壓定型得到。本發明的熱塑性復合材料夾芯結構具有輕量化、可變密度和安全環保的特性，可用于汽車內飾、公交車頂板或筆記本電腦后蓋等場合。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種可變密度的熱塑性復合材料夾芯結構及其制備方法和應用。

背景技術

復合材料夾芯結構通常是由厚度較小的板材作為面板,厚度較大且密度小的材料作為芯材，如蜂窩夾芯結構、泡沫夾芯結構、輕木夾芯結構等。一般說來,面板使用材料的材料力學性能較為優異,而低密度的芯材之間起支撐作用,使面板在承受應力時能夠較好的保持彈性穩定性。通過對不同材料的形式進行合理的選擇,可賦予夾芯結構各種不同的性能，如優異的抗彎剛度、吸音隔熱、可變密度等特性，從而拓展其應用。

常見的復合材料夾芯結構面板以單一材料體系為主,采用膠接或者共固化而成，但是單一材料體系在很多場合無法滿足力學性能、物理性能和環境等要求，且上下面板大多全部采用熱固性樹脂,方便熱固化后整體成形且力學性能良好,但是存在密度偏大和不易回收等缺陷。常見的玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)在加熱至熔點以上的溫度會發生厚度方向上的膨化，導致密度的改變，冷卻定型后能保留足夠力學性能的同時大幅度降低材料的密度，這種材料能很好的承擔夾芯結構芯層作用。但是，傳統的GMT中采用聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)等作為基體材料，在選用面皮材料的過程中受限較大，為更好提升復合材料夾層結構的性能滿足多種應用領域需求，急需開發輕量化、可變密度的熱塑性復合材料夾芯結構。

發明內容

為克服現有技術的上述不足，本發明的第一目的是提供一種可變密度的熱塑性復合材料夾芯結構，采用連續纖維織物增強熱塑性樹脂和膨脹化的長纖維增強熱塑性樹脂相結合，熱塑性復合材料夾芯結構具有輕量化、可變密度和安全環保的優異性能。

本發明的第二目的是提供上述熱塑性復合材料夾芯結構的制備方法，通過面板和位于面板之間的可變密度夾芯層熱壓固化后冷壓定型得到。

本發明的第二目的是提供上述熱塑性復合材料夾芯結構在汽車內飾、公交車頂板或筆記本電腦后蓋中的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明提供可變密度的熱塑性復合材料夾芯結構，包括面板和位于所述面板之間的可變密度夾芯層；其中，所述面板采用連續纖維織物增強熱塑性樹脂板材，所述可變密度夾芯層采用膨脹化的長纖維增強熱塑性樹脂片材。

優選地，所述可變密度夾芯層中采用的熱塑性樹脂選自粉末狀的聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)，添加量為40wt％–60wt％。

優選地，所述可變密度夾芯層中所述長纖維的長度為9–18mm，添加量為40wt％–60wt％，選自玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、玄武巖纖維(GBF)或芳綸纖維(AF)中的一種或兩種以上組合。

優選地，所述面板中采用的熱塑性樹脂為聚碳酸酯(PC)，添加量為30wt％–70wt％。

優選地，所述面板中采用的連續纖維織物選自玻璃纖維織物或碳纖維織物，添加量為30wt％–70wt％。

本發明的熱塑性復合材料夾芯結構具有以下優勢：輕量化、可變密度和安全環保。

本發明還提供所述熱塑性復合材料夾芯結構的制備方法，包括以下步驟：

(1)向濕法分散-攪拌設備內加入水和熱塑性樹脂粉末進行攪拌形成懸浮液，再加入長纖維和復合表面活性劑持續攪拌10-20min，停止攪拌，靜置等待混合物沉降；