專利名稱：高抗沖耐磨阻燃型復(fù)合板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高抗沖耐磨阻燃型復(fù)合板材，這種板材適用于重型車輛的載重或承重部件。
背景技術(shù)：
一般重型車輛的載重或承重部件為金屬材料，雖然能滿足運(yùn)輸車輛的使用需求， 但是由于其高質(zhì)量，減少了其運(yùn)載貨物的能力，增加了燃料的消耗，金屬材料的車廂還存在的問題在于保溫性能差，冬天車廂內(nèi)溫度等于車外溫度，夏天則遠(yuǎn)高于車外溫度，不利于對(duì)于溫度要求較高的貨物的運(yùn)輸。因此車輛的輕量化需求被提上日程，使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替金屬材料，克服纖維增強(qiáng)復(fù)合材料韌性差，難以經(jīng)受沖擊及摩擦，以及保溫性能差的缺點(diǎn)，對(duì)重型車輛的載重或承重部件進(jìn)行減重成為研究熱點(diǎn)。通常纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)沖擊載荷比較敏感，在使用中最致命的損傷往往因沖擊引起。當(dāng)沖擊速度很高時(shí)，復(fù)合材料層合板將被穿透；而在沖擊速度降低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同破壞形式，例如基體開裂、纖維斷裂和分層。所以對(duì)增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)安全威脅最大的是沖擊損傷，沖擊損傷是復(fù)合材料損傷的主要研究對(duì)象。大部分復(fù)合材料的損傷不是一下造成的， 往往是經(jīng)過多次低能量沖擊之后材料失效。復(fù)合材料在使用過程中受到低能沖擊時(shí)，大部分情況并沒有明顯的目視損傷，但卻在層合表面生成不可視的淺表面分層，從而形成潛在的危險(xiǎn)，內(nèi)部損傷的存在可造成復(fù)合材料在剛度和強(qiáng)度上的極大損失。另外，使用纖維復(fù)合材料作為板材帶來的另一重大缺陷是相比于金屬材料板材阻燃性能差，這也影響了纖維復(fù)合材料的應(yīng)用。重型車輛主要運(yùn)載礦石、煤塊、沙土及金屬材料等，車廂與貨物直接接觸，在運(yùn)輸和裝卸過程中不間斷的經(jīng)受沖擊，而且還與裝載的貨物之間發(fā)生各種摩擦碰撞。因此，要求重型車輛的載重或承重部件需要足夠的強(qiáng)度、韌性及耐磨性。本發(fā)明的目的是提供一種耐摩擦、耐沖擊的阻燃型復(fù)合材料板材，使之適用于重型車輛的載重或承重部件的使用要求，并同時(shí)能實(shí)現(xiàn)輕量化、改善保溫性能的目標(biāo)。沈陽理工大學(xué)的專利200810230215. 7提供了一種復(fù)合材料封閉貨車車廂，箱體包括外層、中層和內(nèi)層，外層由膠衣層和結(jié)構(gòu)層組成，中層由金屬框架和玻璃鋼板組成，內(nèi)層為結(jié)構(gòu)層，雖然在一定程度上減輕了箱體自重，提高了防撞擊能地，但是其側(cè)重點(diǎn)在于改善車廂的環(huán)境保溫、絕熱、防凍能力以及防震和防噪聲功能，難以最大程度的降低自重、提高抗沖擊和耐磨性能。本發(fā)明專利使用聚雙環(huán)戊二烯結(jié)合纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，提供一種具有高抗沖、 耐磨的復(fù)合板材，在減輕車廂自重，提高載重車輛的運(yùn)力的同時(shí)，降低了燃料的消耗，暗合了現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有的車廂存在的問題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種高抗沖剛性耐磨復(fù)合板材及其制造方法。具體的技術(shù)方案如下一種高抗沖耐磨阻燃型復(fù)合板材，至少包含一層纖維增強(qiáng)樹脂層作為蒙皮層，蒙皮層外復(fù)合一層阻燃聚雙環(huán)戊二烯樹脂層，在阻燃聚雙環(huán)戊二烯與蒙皮層之間形成一層富膠層，蒙皮層內(nèi)為夾心層。其中蒙皮層使用的增強(qiáng)纖維可以是碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、凱夫拉纖維，使用的樹脂基體可以是環(huán)氧樹脂、聚氨酯、乙烯基樹脂、聚酯、酚醛樹脂中的一種；纖維增強(qiáng)蒙皮層纖維含量為55 70wt%。夾芯層可以使用輕木材料、鋁制蜂窩、聚氨酯蜂窩、聚氯乙烯蜂窩、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫。在夾芯層中芯材之間以及蒙皮外部可以安裝加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋可以是預(yù)制型材或三維編織物。聚雙環(huán)戊二烯層是使用反應(yīng)注射成型工藝制得的薄壁層，反應(yīng)注射成型的模具依據(jù)制品形狀，聚雙環(huán)戊二烯可以是預(yù)先成型的薄壁件，然后通過真空輔助樹脂傳遞模塑工藝復(fù)合于夾心復(fù)合板上。也可以是通過將制成的夾心復(fù)合板制件鑲嵌于反應(yīng)注射模具內(nèi)， 再通過反應(yīng)注射成型將聚雙環(huán)戊二烯包覆于夾心復(fù)合板外。本發(fā)明阻燃聚雙環(huán)戊二烯層由以下A、B兩組分原料制成(重量份) 其中A組分包括
55-60份雙環(huán)戊二烯單體 10-15份改性氫氧化鋁 1-1. 5份催化劑 B組分包括
30-65份雙環(huán)戊二烯單體 0. 5-0. 8份三甲基鋁或三乙基鋁 A與B體積比為1 1。本發(fā)明使用改性氫氧化鋁作為阻燃劑來提高聚雙環(huán)戊二烯阻燃性能。單純的氫氧化鋁與雙環(huán)戊二烯的相容性差，而對(duì)氫氧化鋁進(jìn)行表面處理，利用改性劑的極性部分與氫氧化鋁作用、非極性部分與雙環(huán)戊二烯單體相容作用，強(qiáng)化氫氧化鋁與聚雙環(huán)戊二烯材料中界面相互作用，以改善氫氧化鋁與雙環(huán)戊二烯單體的相容性。所述改性劑可以是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、高級(jí)脂肪酸及其鹽或硬脂酸及其鹽。任何適于雙環(huán)戊二烯聚合的催化劑均適于本發(fā)明，例如鎢系催化劑或鉬系催化劑。本發(fā)明中的復(fù)合板制備方法包括如下步驟將纖維增強(qiáng)織物按模具形狀大小鋪放于第一層，纖維增強(qiáng)織物可以是碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、凱夫拉纖維中的任意一種或者幾種，織物可以使以上纖維混編而成的纖維氈、機(jī)織纖維布、針織纖維布、編織纖維布、縫織纖維布、斜紋布、平紋布和單向布，或者是單一纖維編織而成然后通過交替鋪設(shè)得到混雜增強(qiáng)體，在局部應(yīng)力較大的部分，以碳纖維和芳綸纖維為主要鋪設(shè)層。另外， 根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求還可以設(shè)置加強(qiáng)筋。芯材與加強(qiáng)筋鋪設(shè)完畢后再次鋪設(shè)外層蒙皮所需纖維織物。鋪設(shè)的織物沿周邊縫合、膠連、重疊或搭靠。在鋪層上鋪設(shè)導(dǎo)流織物和真空膜，密封模具與真空膜的結(jié)合處，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到0. IMpa后在模具中灌入樹脂，固化成型。 將成型的夾芯板制件嵌入反應(yīng)注射成型模具中，在模具中注入聚雙環(huán)戊二烯反應(yīng)原料，聚合后得到由聚雙環(huán)戊二烯包覆的板材。
本發(fā)明中的夾心板制備方法也可使用如下步驟預(yù)先將聚雙環(huán)戊二烯成型為聚雙環(huán)戊二烯殼體制件。將纖維增強(qiáng)織物按模具形狀大小鋪放于第一層，纖維增強(qiáng)織物可以是碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、凱夫拉纖維中的任意一種或者幾種，織物可以使以上纖維混編而成的纖維氈、機(jī)織纖維布、針織纖維布、編織纖維布、縫織纖維布、斜紋布、 平紋布和單向布，或者是單一纖維編織而成然后通過交替鋪設(shè)得到混雜增強(qiáng)體，在局部應(yīng)力較大的部分，以碳纖維和芳綸纖維為主要鋪設(shè)層。另外，根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求還可以設(shè)置加強(qiáng)筋。芯材與加強(qiáng)筋鋪設(shè)完畢后再次鋪設(shè)外層蒙皮所需纖維織物。鋪設(shè)的織物沿周邊縫合、 膠連、重疊或搭靠。在鋪層上放置聚雙環(huán)戊二烯殼體制件，在聚雙環(huán)戊二烯殼體制件上鋪設(shè)導(dǎo)流織物和真空膜，密封模具與真空膜的結(jié)合處，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到一定程度后在模具中灌入樹脂，成型。最后獲得復(fù)合有聚雙環(huán)戊二烯殼體制件的夾心板材。本發(fā)明的耐摩擦、耐沖擊的阻燃型復(fù)合材料板材的有益效果如下
1、廣泛應(yīng)用于重型卡車車廂，以及與此相關(guān)的礦山、鐵路、公路運(yùn)輸重型車輛及貨斗上的載重或承重部件中，其替代鋼材料部件的輕量化效果可達(dá)50% ;2、外層的聚雙環(huán)戊二烯具有阻燃性，使復(fù)合材料板材具有優(yōu)秀的阻燃性能；3、本發(fā)明的復(fù)合材料板材的生產(chǎn)工藝污染小，成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的耐摩擦、耐沖擊的復(fù)合材料板材的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明
1 一聚雙環(huán)戊二烯層；2—富膠層；3—蒙皮層；4一夾心層
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和比較例進(jìn)一步說明本發(fā)明復(fù)合材料板的耐磨、耐沖擊性能以及阻燃性能。其中實(shí)施例中使用的聚雙環(huán)戊二烯材料由以下A、B兩組分原料制成(重量份) 其中A組分包括55份雙環(huán)戊二烯單體；10份硅烷偶聯(lián)劑改性氫氧化鋁；1. 5份鎢系催
化劑；
B組分包括45份雙環(huán)戊二烯單體；0.8份三乙基鋁； A與B體積比為1 1。實(shí)施列1
將雙環(huán)戊二烯A、B組分按1:1的比例混合均勻，通過注射頭注射入一面帶有導(dǎo)流槽的聚雙環(huán)戊二烯殼體模具中，控制模具溫度在80°C 85°C，帶固化完成后取出聚雙環(huán)戊二烯殼體。將殼體置于真空輔助樹脂傳遞模塑模具上；并將5層玻璃纖維平紋布以0/90°交叉鋪疊于殼體上，而后鋪設(shè)一層輕木芯材；再次鋪設(shè)5層玻璃纖維平紋布，鋪設(shè)完畢后將織物沿周邊縫合、膠連、重疊或搭靠。最后鋪設(shè)導(dǎo)流織物和真空膜，密封模具與真空膜的結(jié)合處， 抽真空至真空度達(dá)到0. IMpa后引入含有固化劑及添加劑的環(huán)氧樹脂液體，控制蒙皮層纖維含量為50%，加熱至80°C固化成型。實(shí)施列2將5層玻璃纖維平紋布以及3層碳纖維平紋布以0/90°交叉鋪疊于殼體上，而后鋪設(shè)一層輕木芯材以及碳纖維復(fù)合材料加強(qiáng)方管；再次鋪設(shè)5層玻璃纖維平紋布以及3層碳纖維平紋布，鋪設(shè)完畢后將織物沿周邊縫合、膠連、重疊或搭靠。最后鋪設(shè)導(dǎo)流織物和真空膜， 密封模具與真空膜的結(jié)合處，抽真空至真空度達(dá)到0. IMpa后引入含有固化劑及添加劑的環(huán)氧樹脂液體，控制蒙皮層纖維含量為80%，加熱至80°C固化成型。將成型后的復(fù)合板固定于反應(yīng)注射成型的模具中間，將雙環(huán)戊二烯A、B組分按 1:1的比例混合均勻，通過注射頭注射入模具中，控制模具溫度在80°c 85°C，待固化完成后取出成品。比較例1
將5層玻璃纖維平紋布以0/90°交叉鋪疊于殼體上，而后鋪設(shè)一層輕木芯材；再次鋪設(shè)5層玻璃纖維平紋布，鋪設(shè)完畢后將織物沿周邊縫合、膠連、重疊或搭靠。最后鋪設(shè)導(dǎo)流織物和真空膜，密封模具與真空膜的結(jié)合處，抽真空至真空度達(dá)到0. IMpa后引入含有固化劑及添加劑的環(huán)氧樹脂液體，控制蒙皮層纖維含量為80%，加熱至80°C固化成型。性能測(cè)試
1、實(shí)施例1、2與比較例1的耐磨與抗沖擊性能比較見下表 表權(quán)利要求
1.一種高抗沖耐磨阻燃型復(fù)合板材，至少包含一層纖維增強(qiáng)樹脂層作為蒙皮層，蒙皮層外復(fù)合一層阻燃聚雙環(huán)戊二烯樹脂層，在阻燃聚雙環(huán)戊二烯層與蒙皮層之間形成一層富膠層，蒙皮層內(nèi)為夾心層；其中蒙皮層纖維含量為559Γ70%。
2.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于所述的纖維是碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、 玄武巖纖維或凱夫拉纖維中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，蒙皮層中的樹脂為環(huán)氧樹脂、聚氨酯、乙烯基樹脂和酚醛樹脂中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述的夾心層為輕木材料、鋁蜂窩、聚氨酯蜂窩、聚氯乙烯蜂窩、聚氨酯泡沫或聚乙烯泡沫。
5.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述阻燃聚雙環(huán)戊二烯層由以下A、B兩組分原料制成(重量份)，其中A組分包括55-60份雙環(huán)戊二烯單體10-15份改性氫氧化鋁 1-1. 5份催化劑；B組分包括30-65份雙環(huán)戊二烯單體0. 5-0. 8份三甲基鋁或三乙基鋁 ；A與B體積比為1 1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高抗沖剛性耐磨阻燃型復(fù)合板材，適用重型車輛的載重或承重部件。該板材至少包含一層阻燃聚雙環(huán)戊二烯外層、一層纖維增強(qiáng)樹脂蒙皮層、夾心層以及富膠層。該復(fù)合板材阻燃性能好，使用該板材替代車輛鋼材料部件的輕量化效果可達(dá)50%。
文檔編號(hào)B32B27/32GK102529253SQ20121001108
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者胡海波, 胡爰華, 胡愛芹, 董淑風(fēng), 趙斌, 高健民 申請(qǐng)人:胡海波