[发明专利]热固性混杂织物复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及汽车结构件复合材料领域，特别涉及一种热固性混杂织物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前在很多国家，电动汽车和一些小批量生产的高档汽车及赛车已陆续使用了碳纤增强热固性树脂复合材料制成的主结构件和次承力结构件，其强度、刚性、抗疲劳性及其他各项性能指标均可满足设计要求，可与传统的金属材料部件相媲美。此外，此类产品还表现出了极好的抗腐蚀和耐腐蚀性能。与同体积的铝合金构件相比，减重可达50％。但碳纤维有一个严重的缺点，就是延伸率低。如高强的碳纤维延伸率为1.4％，而高模的碳纤维延伸率更差，仅0.5％，这导致其复合材料制品或结构件的耐冲击能力较差。

超高分子量聚乙烯(ultrahigh molecular weight polyethylene，UHMWPE)纤维是分子量100万以上的聚乙烯，密度一般为0.936～0.964g/cm³，热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。UHMWPE纤维是继碳纤维、芳纶之后出现的新一代高性能纤维，其比强度是优质钢丝的14倍、碳纤维的2倍、芳纶的1.4倍，密度仅为碳纤维的1/2，还具有韧性及抗冲击性能好、透波及电绝缘性能优异等特点。故UHMWPE纤维是理想的轻型复合材料用增强纤维，在航空航天领域如飞机垂尾、火箭壳体、导弹雷达罩等方面具有潜在的应用前景。但是UHMWPE纤维存在的表面粘结性能差、压缩强度低及不耐高温等缺陷限制了其应用。

发明内容

本发明针对现有技术的现状，利用纤维的混杂(即混纺或混编)效应，综合碳纤维和UHMWPE纤维的优点，提供了一种强度、刚度和冲击等性能都优异的、可用于汽车结构件的热固性混杂织物复合材料。

一种热固性混杂织物复合材料，包括以下体积百分比的组分：

碳纤维                10％～65％

超高分子量聚乙烯纤维  5％～60％

乙烯基树脂            20％～30％

固化剂                0.5％～2％

促进剂                0.6％～2％。

所述的碳纤维、UHMWPE纤维为本领域常用的纤维，均可选用常规的市售产品，碳纤维的纤维量可优选为3K～12K，如纤维量为3K、6K、12K等的碳纤维。

本发明的纤维量指每股纤维束中所含纤维的个数。

所述的乙烯基树脂选用本领域常用的乙烯基树脂即可，例如，可选用酚醛环氧乙烯基酯树脂、双酚A环氧乙烯基树脂、阻燃乙烯基树脂、柔性乙烯基酯树脂、PU改性环氧乙烯基酯树脂等中的一种或多种。

所述的固化剂主要作用是使树脂固化，可选用过氧化物，如过氧化甲乙酮、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯等中的一种或多种。

所述的促进剂主要用于降低乙烯基酯固化反应的活化能，使反应在15℃～60℃下进行，可选用二甲基苯胺、二甲基对甲苯胺、环烷酸钴等中的一种或多种。

所述的热固性混杂织物复合材料中还包括脱模剂，主要是使复合材料在成型过程中脱模更容易，可选用脂肪酸、脂肪酸酯、烯烃类蜡的一种或多种；使用时一般是将脱模剂涂在模具上，脱模剂的用量可根据模具的大小进行调整，一般以热固性混杂织物复合材料总体积计，采用体积百分含量为1％～3％的脱模剂即可达到很好的脱模效果。

所述的热固性混杂织物复合材料的制备方法，包括步骤：

以碳纤维与超高分子量聚乙烯纤维编织的混杂织物为增强材料，将上述混杂织物浸渍混合有固化剂和促进剂的乙烯基树脂，采用真空辅助树脂注入成型方法(VARI方法)固化成型，即制得热固性混杂织物复合材料。

所述的VARI方法是本领域常用的复合材料固化成型方法，是指在真空下，利用树脂的流动、渗透实现对纤维及其织物浸渍，并在真空下固化的成型方法。

所述的混杂织物是由碳纤维和UHMWPE纤维通过混纺或混编而成的织物，其可选用平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多层多轴向织物(或称为多轴向缝编织物、经编织物、直接定向结构织物、无卷曲织物等)等中的一种或多种。

所述的混杂织物中碳纤维和UHMWPE纤维的体积百分含量可通过调节各纤维束的粗细或数量来进行控制。混杂可以发生在织物的经向、纬向或经纬向，混杂的方向取决于主承力方向。