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    具有改進的抗沖擊強度的復合層合物及其制備方法和用途技術

    技術編號:8587281 閱讀:183 留言:0更新日期:2013-04-18 00:52
    本發明專利技術提供具有改進的抗沖擊強度的復合層合物,其包含:(a)多層碳纖維織物層,所述碳纖維織物是機織雙向布或單向布;(b)多層無紡薄氈,其中所述無紡薄氈是由對位芳香族聚酰胺組成;和(c)經固化的環氧樹脂,其中所述經固化的環氧樹脂由浸漬于所述碳纖維織物層(a)中的浸漬用環氧樹脂體系固化而形成,并且至少一層的無紡薄氈(b)是夾在兩層碳纖維織物層(a)之間,并且所述復合層合物的兩外表面層均為所述碳纖維織物層(a)。本發明專利技術還提供制備具有改進的抗沖擊強度的復合層合物的方法,以及所述復合層合物用于制備運動器材和運輸工具的制品或部件的用途。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及碳纖維增強聚合物的復合材料,更具體地說涉及具有改進的抗沖擊強度的碳纖維增強聚合物的復合層合物,及其制備方法和用途。
    技術介紹
    由高強度和高模量的碳纖維和環氧樹脂基材組成的碳纖維增強聚合物(CFRP)具有非常高的比強度和比模量、良好的熱穩定性、并且耐腐蝕,因此被廣泛地應用于交通運輸、運動器材、或其他要求輕質和高強度的領域作為結構部件材料。隨著對降低能耗之需求的逐漸增加,特別是在交通運輸領域,使用碳纖維增強聚合物材料來取代金屬材料作為輕型汽車、高速列車、以及商用飛機的部件材料已越來越常見。在環保意識漸強的社會中,推廣碳纖維增強聚合物材料之應用亦將越來越重要。對于碳纖維增強聚合物材料的主要應用領域來說,所必需的重要性能之一是在受到意外沖擊或打擊的情況下,可保持其結構的完整性。特別是當考慮在汽車中使用碳纖維增強聚合物材料作為結構部件以減輕重量時,非常關鍵的是用碳纖維增強聚合物制成的結構部件具有與傳統上用鋼或鋁制成的部件所具有的相近或相同的保護力度。與由其他高性能纖維,例如對位芳香族聚酰胺纖維或玻璃纖維制備的復合材料相比,碳纖維增強聚合物材料具有高的比強度和比模量,但是具有較差的抗沖擊強度,從而限制了碳纖維增強聚合物材料之應用推廣。目前,在復合材料工業,人們為了提高碳纖維增強聚合物材料部件的抗沖擊強度,通常采取兩種方式(I)增加碳纖維增強聚合物材料部件的厚度,然而這樣同時也增加了該部件的最終重量和成本;(2)將碳纖維增強聚合物材料與具有較好的抗沖擊性能的其他高性能纖維的材料組合使用,所述具有較好的抗沖擊性能的其他高性能纖維包括對位芳香族聚酰胺纖維或玻璃纖維,但是這樣的組合纖維材料仍然存在該產品的總重增加和厚度增加的問題。加拿大專利申請CA25454981公開了一種用于運動器材的復合層合物,所述復合層合物包含(a)作為外層的多個含纖維之樹脂預浸的復合材料層,和(b)作為芯層的夾在所述多個樹脂預浸的復合材料層之間的具剛性更高之纖維的預浸纖維層。其中所述的作為外層的樹脂預浸的復合材料層的纖維選自包括玻璃纖維、Kevlar 纖維和維等的高性能纖維,所述纖維可以是編織的也可以是無紡的;作為所述芯層的纖維可選自例如碳纖維、石墨纖維、或玻璃纖維與碳纖維混合的高性能纖維。所述復合層合物通常包括1-6層的所述芯層(優選是碳纖維層)和4-12層的所述外層的復合材料層(優選是玻璃纖維層),所述復合層合物的厚度通常為4-30_。美國專利US6,995,099B1公開了一種纖維增強聚合物材料的復合材料,其包含(a)片狀的纖維增強聚合物材料層,和(b)層合到所述纖維增強聚合物材料層的至少一側表面的無紡層;所述纖維增強聚合物材料層中使用具有高強度和高彈性模量的纖維,例如玻璃纖維、對位芳香族聚酰胺纖維或碳纖維,優選為碳纖維,該層是單向編織物、雙向編織物或縫編布的形式;所述無紡層的纖維包括尼龍6、尼龍66、維尼綸、對位芳香族聚酰胺、聚酯、聚乙烯等等,優選具有高結晶度的尼龍6和尼龍66纖維。該專利公開了層(a)與層(b)一體化的三種方式,一種是在層(b)中采用短纖維,通過例如針刺方法使層(b)的短纖維穿過層(a)而使層(a)和層(b) —體化;再一種是使用壓敏粘合劑將層(b)與層(a) —體化;另一種方法是通過在層(b)中加入5-50重量%的低熔點纖維,通過熱熔融所述的低熔點纖維而將層(b)和層(a)融合在一起。日本專利申請JP2005-336407A公開了一種表面光滑性優異的復合層合物,所述復合層合物包括纖維增強層、層合到纖維增強層的一側或兩側表面的無紡纖維層、以及浸潰到所形成的層合物中的基體樹脂;其中所述的纖維增強層包括的纖維可以是任何纖維,優選碳纖維、玻璃纖維和對位芳香族聚酰胺纖維;無紡纖維層的纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、芳香族對位聚酰胺纖維、硼纖維、金屬纖維等,優選例如碳纖維和玻璃纖維。出于復合層合物的表面平滑性的考慮,無紡纖維層的厚度為O. 05-0. 5mm,纖維增強層的厚度為O. 2mm或更小,并且無紡纖維層的厚度與纖維增強層的厚度比為O. 5或更大。在目前的現有技術文獻中,盡管人們采用了例如玻璃纖維、石墨纖維、對位芳香族聚酰胺纖維等與碳纖維增強聚合物材料混合使用,但是尚未找到一種復合材料能理想地提高其抗沖擊強度,并且同時保持該材料的厚度和重量基本上不變。
    技術實現思路
    本專利技術的目的是在基本上不增加材料的厚度和其單位面積重量的情況下,提供具有改進的抗沖擊強度的碳纖維增強聚合物的復合層合物。根據本專利技術的一個方面,提供一種具有改進的抗沖擊強度的復合層合物,所述復合層合物包含以下組分、或基本由以下組分組成或由以下的混合物制備 (a)多層碳纖維織物層,所述碳纖維織物是機織雙向布或單向布;(b)多層無紡薄氈,其中所述無紡薄氈是由對位芳香族聚酰胺組成;和(C)經固化的環氧樹脂;其中所述經固化的環氧樹脂(C)由浸潰于所述碳纖維織物層(a)中的浸潰用環氧樹脂體系固化而形成,并且至少一層的無紡薄氈(b)是夾在兩層碳纖維織物層(a)之間,并且所述復合層合物的兩外表面層均為所述碳纖維織物層(a)。本專利技術通過將碳纖維增強聚合物層與由對位芳香族聚酰胺組成之無紡薄氈形成復合層合物,在保持最終產品的單位面積重量和厚度基本不變的情況下,顯著提高了該產品的抗沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量。根據本專利技術的另一個方面,提供制備具有改進的抗沖擊強度的復合層合物的方法,所述方法包括(i)提供多層碳纖維織物層(a)和多層無紡薄氈(b),其中所述碳纖維織物是機織雙向布或單向布,并且所述無紡薄氈是由對位芳香族聚酰胺組成;(ii)用浸潰用環氧樹脂體系浸潰所述的碳纖維織物層(a)以得到經浸潰的碳纖維織物層⑷;(iii)先放置至少一層經浸潰的碳纖維織物層(A)作為第一外表面層;(iv)以交替的方式放置至少一層無紡薄氈(b)和至少一層經浸潰的碳纖維織物層(A)直到該復合層合物的總厚度為O. 5-30mm,并且其第二外表面層亦為經浸潰的碳纖維織物層㈧,以形成預制品;(V)將步驟(iv)的預制品裝入模具,合模;(vi)任選地,向所述裝有預制品的模具施加真空,以排除滯留于層間的氣泡;(vii)使步驟(V)或步驟(vi)的預制品于50_200°C,在O. 2-5. OMPa下,經熱壓處理O. 5-12小時,直到所述浸潰用環氧樹脂固化;并且(viii)當溫度降至室溫后,脫模而得復合層合物。根據本專利技術的另一·個方面,提供體育器材的部件,其包含上述的本專利技術的復合層合物,所述體育器材包括網球拍、羽毛球拍、壁球拍、自行車的復合部件、棒球的球棒、曲棍球的球棍、滑雪板、以及雪撬。根據本專利技術的另一個方面,提供運輸工具中的制品或部件,其包含上述的本專利技術的復合層合物,所述運輸工具包括汽車、船舶、火車、磁懸浮列車、以及飛機。根據本專利技術的再一個方面,提供本專利技術的復合層合物在制備體育器材中的用途,所述體育器材包括網球拍、羽毛球拍、壁球拍、自行車的復合部件、棒球的球棒、曲棍球的球棍、滑雪板、以及雪撬。根據本專利技術的又一個方面,提供本專利技術的復合層合物在制備運輸工具中的制品或部件中的用途,所述運輸工具包括汽車、船舶、火車、磁懸浮列車、以及飛機。附圖說明圖1是本專利技術的一個實施方式中復合層合物的側剖面示意圖。圖2是本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    具有改進的抗沖擊強度的復合層合物,其包含:(a)多層碳纖維織物層,所述碳纖維織物是機織雙向布或單向布;(b)多層無紡薄氈,其中所述無紡薄氈是由對位芳香族聚酰胺組成;和(c)經固化的環氧樹脂;其中所述經固化的環氧樹脂(c)由浸漬于所述碳纖維織物層(a)中的浸漬用環氧樹脂體系固化而形成,并且至少一層的無紡薄氈(b)是夾在兩層碳纖維織物層(a)之間,并且所述復合層合物的兩外表面層均為所述碳纖維織物層(a)。

    【技術特征摘要】
    1.具有改進的抗沖擊強度的復合層合物,其包含 (a)多層碳纖維織物層,所述碳纖維織物是機織雙向布或單向布; (b)多層無紡薄氈,其中所述無紡薄氈是由對位芳香族聚酰胺組成;和 (c)經固化的環氧樹脂; 其中所述經固化的環氧樹脂(C)由浸潰于所述碳纖維織物層(a)中的浸潰用環氧樹脂體系固化而形成,并且至少一層的無紡薄氈(b)是夾在兩層碳纖維織物層(a)之間,并且所述復合層合物的兩外表面層均為所述碳纖維織物層(a)。2.如權利要求1的復合層合物,其中所述碳纖維織物層(a)通過浸潰于浸潰用環氧樹脂 體系中而形成經浸潰的碳纖維織物層(A)。3.如權利要求1的復合層合物,其中所述復合層合物的總厚度為0.5mm-30mm,或1.Omm-10mm,或1. 5mm-5mmn4.如權利要求1的復合層合物,其中以所述復合層合物的總重量計,所述多層碳纖維織物層(a)和經固化的環氧樹脂(c)的總重量占85-95重量% ;所述多層的無紡薄氈(b)的總重量占5_15重量。5.如權利要求1的復合層合物,其中所述浸潰用環氧樹脂體系中的環氧樹脂選自-M酚型環氧樹脂、脂環族環氧樹脂、含有縮水甘油基-氨基的環氧樹脂、苯酚-酚醛清漆型環氧樹脂、苯甲酚-酚醛清漆型環氧樹脂、以及氨基甲酸酯改性的環氧樹脂。6.如權利要求2的復合層合物,其中所述經浸潰的碳纖維織物層(A)的每一層的單位面積重量各自獨立地為50-660g/m2,或80-300g/m2,或90_200g/m2。7.如權利要求2的復合層合物,其中基于所述經浸潰的碳纖維織物層(A)的總重量,所述浸潰用環氧樹脂體系占10-80重量、或20-70重量、或30-45重量。8.如權利要求1的復合層合物,其中所述無紡薄氈(b)的每一層的單位面積重量各自獨立地為 5-40...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:王勇沈海華馬永超
    申請(專利權)人:杜邦公司
    類型:發明
    國別省市:

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