CN105199321A

CN105199321A - 一种新型frp材料及其制备方法

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Publication number: CN105199321A
Application number: CN201510651574.XA
Authority: CN
Inventors: 黄靓; 高畅; 颜立波
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种新型FRP材料及其制备方法，在保证刚度和纤维利用率的前提下，有效提高FRP材料的延性和强度。一种新型FRP材料包括高强度和高弹模的纤维布1、高延伸率的短切纤维2和高性能树脂3，其组分及重量百分比是：高强度和高弹模的纤维布1为50～60％，高延伸率的短切纤维2为0.1～9％，高性能树脂3为30～50％。制作方法是：1.将所述的高延伸率的短切纤维2和高性能树脂3混合，并加入降粘剂高速搅拌均匀，所述的高延伸率的短切纤维2呈现无序无方向的均匀性，得到混合树脂胶；2.采用真空低压接触成型工艺，将纤维布、脱模布、网格布和稍大的真空膜逐层铺入模具并贴紧，注射管连接真空泵和油气分离罐、树脂槽后开始灌注，待混合树脂胶完全均匀分布后停止灌注等待树脂完全固化，养护脱模后即得到延性优良、强度高的新型FRP材料。

Description

一种新型FRP材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种FRP复合材料，尤其涉及一种延性优良，强度高的新型FRP材料及其制备方法。

背景技术

目前，常用的纤维增强复合材料包括碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。CFRP的力学性能、长期性能、疲劳性能及耐碱性当属三者中最好的，AFRP抗拉强度高，工作性能好，而抗压性能差，GFRP的强度较高，长期性能和疲劳性能一般，耐碱性较差，价格为三者中最低廉的。尽管不同FRP表现出不同的性质，但却具有脆性的共性。FRP的脆性性能表现出了无明显征兆的破坏模式，给造船、汽车与电子产品、土木工程等领域的使用造成了消极影响。

国内外针对FRP的脆性性能提出了一些改进措施。东丽株式会社的浅原信雄曾提出一种层叠多张由增强纤维纱线形成的增强纤维基材构成的预成型体成型的FRP，进而提高FRP的力学品质，并登记了发明专利(200580010567.6)；华中科技大学金文成的一种高强度FRP材料及其制作方法和应用(200910273443.7)。

上述方法虽提高了FRP材料强度，但制作工艺不易，成型的FRP材料各向同性弱。

发明内容

为了克服现有FRP复合材料的问题和缺点，本发明提供一种不仅强度高、各向同性优良，且延性得到明显改善、制造工艺简单的新型FRP材料。

技术原理：通过混杂高延伸率的短切纤维的高性能树脂作为FRP的基体，通过混杂高延伸率的短切纤维提升树脂基体的强度，以提高第一段应力应变曲线(树脂承载)的强化阶段，待混合树脂基体破坏，高强度和高弹模的纤维布作为连续纤维具有的二次刚度以获得更佳的延展行为。

技术方案：

一种新型FRP材料，包括高强度和高弹模的纤维布1、高延伸率的短切纤维2和高性能树脂3，所述的高强度和高弹模的纤维布1通过和所述的高延伸率的短切纤维2和所述的高性能树脂3混合成的混杂树脂基体组成为新型FRP材料，其中组分及重量百分比是：高强度和高弹模的纤维布1为50～60％，高延伸率的短切纤维2为0.1～9％，高性能树脂3为30～50％。

所述的高强度和高弹模的纤维布1为连续的，采用高性能碳纤维布或Kelvar49芳纶纤维布。

所述的高延伸率的短切纤维2是E玻璃纤维、S或R玻璃纤维、HM-50芳纶纤维、玄武岩纤维。

所述的高延伸率的短切纤维2是长度在3mm～20mm范围。

所述的高性能树脂3采用环氧树脂或乙烯基酯树脂。

所述的高延伸率的短切纤维2与所述的高性能树脂3的混合物中两者的重量比值为1:5～1:300。

所述的一种新型FRP材料的制备方法包括以下步骤：

第一步，将所述的高延伸率的短切纤维2和高性能树脂3混合，并加入降粘剂高速搅拌均匀，得到混合树脂胶；

第二步，在模具涂上脱模剂，将合适尺寸(300×300mm～1000×1000mm)的所述的高强度和高弹模的纤维布1铺入模具并贴住，逐层铺上脱模布、网格布以及真空膜；接上透气螺旋管和树脂连接器、注射管，连接真空泵和油气分离罐。将注塑管固定于树脂槽上开始灌注，待树脂完全均匀的分布后关闭抽气管等待树脂完全固化。在实验室常温下养护24小时后脱膜，让FRP与下面的玻璃板模具一起在专门的养护室养护6～8小时，最后在室温养护24小时，即得一种新型FRP材料。

所述的降粘剂为聚醚类降粘剂。

所述的专门的养护室温度在40度～65度。

所述的混合包括两方面的含义：一方面是力学性能的混合。通过短切纤维和树脂之间的混合，来提高树脂基体的弹性模量、承载力及延性等性能。当树脂基体起主要承载阶段，短切纤维可发挥作用，提高承载力；当树脂基体失效后，纤维布将发挥良好稳定的二次刚度，纤维布在强度、刚度等方面将表现的更为突出。另一方面通过混合低成本高延性的纤维材料，可以较好改善纤维层的测量稳定性，也可以很大程度的降低复合材料的成本。

本发明中FRP材料真空灌注成型，纤维布、脱模布和网格布、真空膜在模具中自下而上的顺序依次是纤维布、脱模布和网格布、真空膜，除真空膜大些外以便抽真空过程中打皱，保证气密性，其余大小基本一致。

附图说明

图1为本发明的一种新型FRP材料的示意图；

图2为本发明的一种新型FRP材料的真空灌注成型工艺示意图；

其中：1纤维布、；2、短切纤维；3、高性能树脂；4、真空袋；5、模具；6、薄片；7、双面胶；8、脱模布；9、离型膜；10、连接真空计口；11、连接真空泵口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例：

关于材料，其组分及重量百分比最佳为：高性能碳纤维布1为50％，短切E玻璃纤维2为5％，环氧树脂3为45％。

所述的短切E玻璃纤维2长度在6mm～12mm范围。

所述的短切E玻璃纤维2与所述的环氧树脂3的混合物作为树脂基体，两者的重量比值为1:9。

关于方法，严格按照一种新型FRP材料的制造方法。

技术测试：

将FRP材料做成试样，在力学试验机上测试，得到平均测试结果：

抗拉强度f_t＝706MPa；

弹性模量E＝92GPa；

泊松比γ＝0.2

本发明中的新型FRP材料无论从承载能力、延性，还是耐久性、造价及操作等方面，都是对纤维增强复合材料一大进步和改善，可替代原始的纤维增强复合材料和混杂纤维增强复合材料在实际中的应用。

Claims

1.一种新型FRP材料，其特征在于：包括高强度和高弹模的纤维布1、高延伸率的短切纤维2和高性能树脂3，所述的高强度和高弹模的纤维布1通过和所述的高延伸率的短切纤维2和所述的高性能树脂3混合成的混杂树脂基体组成为新型FRP材料，其中组分及重量百分比是：高强度和高弹模的纤维布1为50～60％，高延伸率的短切纤维2为0.1～9％，高性能树脂3为30～50％。

2.根据权利要求1所述的一种新型FRP材料，其特征在于：所述的高强度和高弹模的纤维布1为连续的，采用高性能碳纤维布或Kelvar49芳纶纤维布。

3.根据权利要求1所述的一种新型FRP材料，其特征在于：所述的高延伸率的短切纤维2是E玻璃纤维、S或R玻璃纤维、HM-50芳纶纤维、玄武岩纤维。

4.根据权利要求3所述的一种新型FRP材料，其特征在于：所述的高延伸率的短切纤维2是长度在3mm～20mm范围。

5.根据权利要求1所述的一种新型FRP材料，其特征在于：所述的高性能树脂3采用环氧树脂或乙烯基酯树脂。

6.根据权利要求1所述的一种新型FRP材料，其特征在于：所诉的高延伸率的短切纤维2与所述的高性能树脂3的混合物中两者的重量比值为1:5～1:300。

7.根据权利要求1所述的一种新型FRP材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第二步，在模具涂上脱模剂，将合适尺寸(300×300mm～1000×1000mm)的所述的高强度和高弹模的纤维布1铺入模具并贴住，逐层铺上脱模布、网格布以及真空膜；接上透气螺旋管和树脂连接器、注射管，连接真空泵和油气分离罐；将注塑管固定于树脂槽上开始灌注，待树脂完全均匀的分布后关闭抽气管等待树脂完全固化；在实验室常温下养护24小时后脱膜，让FRP与下面的玻璃板模具一起在专门的养护室养护6～8小时，最后在室温养护24小时，即得一种新型FRP材料。

8.根据权利要求7所述的一种新型FRP材料的制备方法，其特征在于：所述的降粘剂为聚醚类降粘剂。

9.根据权利要求7所述的一种新型FRP材料的制备方法，其特征在于：专门的养护室温度在40度～65度。