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CN113059869B - 一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法 - Google Patents

一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法 Download PDF

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CN113059869B CN202110318349.XA CN202110318349A CN113059869B CN 113059869 B CN113059869 B CN 113059869B CN 202110318349 A CN202110318349 A CN 202110318349A CN 113059869 B CN113059869 B CN 113059869B
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Abstract

一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法，所属玻璃纤维复合材料技术领域，层合板的成分体积百分比为：90％～95％玻璃纤维预浸料、3％～8％碳粉增强介质、1～2％加工助剂；层合板的弯曲强度≥7.5MPa，I型拉伸韧性≥1770J/m2，II型拉伸韧性≥125J/m2。制备方法包括：玻璃纤维预浸料的预处理，碳粉增强介质的制备以及成品材料的制备。本发明以玻璃纤维复合材料为基体原料，添加一定比例的碳粉增强介质，形成“玻璃纤维预浸料层‑碳粉增强介质层‑玻璃纤维预浸料层”三层结构，使层合板的力学性能得到提升，具体表现为弯曲强度较现有技术增强了5％以上，层间韧性较现有技术增强了2％以上。

Description

一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法
技术领域
本发明属于玻璃纤维复合材料技术领域，特别涉及一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维复合材料因具有质量轻、韧性好、耐腐蚀性强等优点，而被广泛应用于各类飞行器。但随着对飞行器自身性能要求的不断提升，在飞行使用中，出现了弯曲强度低和层间韧性差等方面的不足，影响飞行器的整体性能。
因此，需要开发一种弯曲强度高和层间韧性好的材料，来满足高性能飞行器的需要，使之更加适应复杂的飞行环境。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法，
通过加入碳粉增强介质来增强玻璃纤维复合材料的弯曲性能及层间韧性，使其能够更加适应复杂的飞行环境。其具体技术方案如下：
一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，层合板的成分体积百分比为：90％～95％玻璃纤维预浸料、3％～8％碳粉增强介质、1～2％加工助剂；所述层合板的弯曲强度≥7.5MPa，I型拉伸韧性≥1770J/m2，II型拉伸韧性≥125J/m2；
所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉＝(3～5):(3～5):(2～4)；
所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：6～9μm；
所述加工助剂为体积含量70～90％的丙酮溶液。
上述一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照[0°]s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50％，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以50～80r/min的速度匀速搅拌3～5min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在120～150℃温度下和0.6～0.8MPa压力下，进行固化处理2～3h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板。
所述步骤3中，碳粉增强介质层的厚度为0.135～0.145mm。
所述步骤3中，固化处理使用热压罐。
本发明的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、以玻璃纤维复合材料为基体原料，添加一定比例的碳粉增强介质，使层合板的力学性能得到提升，具体表现为弯曲强度较现有技术增强了5％以上，层间韧性较现有技术增强了2％以上。
二、本发明将“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构进行固化处理，提高了材料的结合强度。
三、本发明层合板的制备方法简便、没有明显的质量增加，符合飞机结构对于复合材料性能与质量比的基本要求，具有良好的可实现性，能够为复合材料飞机结构实现更高的性能提供支持，具有广阔的市场发展前景。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构示意图，其中：1-玻璃纤维预浸料层，2-碳粉增强介质层，3-碳粉增强介质扩散区。
具体实施方式
下面结合具体实施案例和附图1对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，层合板的成分体积百分比为：93.18％玻璃纤维预浸料、5.82％碳粉增强介质、1％加工助剂；
所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉＝4:4:3；
所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：7μm；
所述加工助剂为体积含量80％的丙酮溶液。
上述一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照[0°]s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50％，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以60r/min的速度匀速搅拌5min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在120℃温度下和0.6MPa压力下，进行固化处理2h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，如图1所示。
所述步骤3中，碳粉增强介质层的厚度为0.135mm。
所述步骤3中，固化处理使用热压罐。
本实施例将制得的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板进行测试：弯曲强度7.98MPa，I型拉伸韧性1777.96J/m2，II型拉伸韧性130.26J/m2。
实施例2
一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，层合板的成分体积百分比为：90％玻璃纤维预浸料、8％碳粉增强介质、2％加工助剂；
所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉＝5:5:4；
所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：6μm；
所述加工助剂为体积含量70％的丙酮溶液。
上述一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照[0°]s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50％，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以80r/min的速度匀速搅拌5min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在130℃温度下和0.8MPa压力下，进行固化处理3h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板。
所述步骤3中，碳粉增强介质层的厚度为0.145mm。
所述步骤3中，固化处理使用热压罐。
本实施例将制得的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板进行测试：弯曲强度8.01MPa，I型拉伸韧性1777.48J/m2，II型拉伸韧性130.02J/m2。
实施例3
一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，层合板的成分体积百分比为：95％玻璃纤维预浸料、4％碳粉增强介质、1％加工助剂；
所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉＝3:3:2；
所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：9μm；
所述加工助剂为体积含量90％的丙酮溶液。
上述一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照[0°]s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50％，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以50r/min的速度匀速搅拌3min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在140℃温度下和0.7MPa压力下，进行固化处理2.5h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板。
所述步骤3中，碳粉增强介质层的厚度为0.140mm。
所述步骤3中，固化处理使用热压罐。
本实施例将制得的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板进行测试：弯曲强度9.03MPa，I型拉伸韧性1776.94J/m2，II型拉伸韧性130.36J/m2。
实施例4
一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，层合板的成分体积百分比为：94％玻璃纤维预浸料、5％碳粉增强介质、1％加工助剂；
所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉＝3:5:3；
所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：8μm；
所述加工助剂为体积含量80％的丙酮溶液。
上述一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照[0°]s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50％，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以70r/min的速度匀速搅拌4min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在150℃温度下和0.8MPa压力下，进行固化处理2h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板。
所述步骤3中，碳粉增强介质层的厚度为0.138mm。
所述步骤3中，固化处理使用热压罐。
本实施例将制得的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板进行测试：弯曲强度8.05MPa，I型拉伸韧性1778.02J/m2，II型拉伸韧性129.98J/m2。
实施例5
一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，层合板的成分体积百分比为：92％玻璃纤维预浸料、6％碳粉增强介质、2％加工助剂；
所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉＝5:4:3；
所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺；
所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：9μm；
所述加工助剂为体积含量80％的丙酮溶液。
上述一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照[0°]s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50％，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以80r/min的速度匀速搅拌3min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在130℃温度下和0.6MPa压力下，进行固化处理2h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板。
所述步骤3中，碳粉增强介质层的厚度为0.142mm。
所述步骤3中，固化处理使用热压罐。
本实施例将制得的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板进行测试：弯曲强度8.49MPa，I型拉伸韧性1777.28J/m2，II型拉伸韧性130.06J/m2。

Claims (6)

1.一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，其特征在于，所述层合板呈“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，层合板的成分体积百分比为：90%~95%玻璃纤维预浸料、3%~8%碳粉增强介质、1~2%加工助剂；所述层合板的弯曲强度≥7.5MPa，I型拉伸韧性≥1770J/m2，II型拉伸韧性≥125J/m2；所述碳粉增强介质为胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉的混合物，质量比为：胶粘剂A:胶粘剂B:碳粉=（3~5）:（3~5）:（2~4）；所述胶粘剂A为胶粘剂2015A，即为双酚A环氧树脂与二亚乙基三胺；所述胶粘剂B为胶粘剂2015B，即为双酚F环氧树脂与二亚乙基三胺。
2.根据权利要求1所述的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，其特征在于，所述碳粉为型号CC388A-88A的碳粉，粒度为D50：6~9μm。
3.根据权利要求1所述的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板，其特征在于，所述加工助剂为体积含量70~90%的丙酮溶液。
4. 权利要求1所述的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：玻璃纤维预浸料的预处理
在室温条件下，将玻璃纤维预浸料按照［0°］s进行铺层处理，按照玻璃纤维预浸料的体积占比，将玻璃纤维预浸料铺层分成两部分，各占玻璃纤维预浸料总体积的50%，得到厚度一致的两部分玻璃纤维预浸料铺层，备用；
步骤2：碳粉增强介质的制备
按质量配比称取胶粘剂A、胶粘剂B和碳粉，然后放入容器中并以50~80r/min的速度匀速搅拌3~5min，均匀混合后，得到碳粉增强介质；
步骤3：成品材料的制备
将两部分玻璃纤维预浸料铺层分别用加工助剂进行表面清洗，然后按照碳粉增强介质的体积占比，将碳粉增强介质均匀涂布于清洗后的两部分玻璃纤维预浸料铺层之间，合并铺层，形成“玻璃纤维预浸料层-碳粉增强介质层-玻璃纤维预浸料层”三层结构，然后在120~150℃温度下和0.6~0.8MPa压力下，进行固化处理2~3h，最后自然冷却至室温，得到预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板。
5.根据权利要求4所述的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述碳粉增强介质层的厚度为0.135~0.145mm。
6.根据权利要求4所述的一种预埋碳粉增强介质的玻璃纤维层合板的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述固化处理使用热压罐。
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