CN111251670A - 一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板及其制备方法，所述高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，由若干张UD预浸料，呈相对位置和UD方向各自分别对称的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后经过热压再经过冷压成型得到。本发明高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，不仅保留了轻质环氧板的基本特性，具有绝缘、支撑等功能，还具有高弯曲强度、高模量、轻质、成本较低的特征。

Description

一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板及其制备方法。
背景技术
环氧板作为复合材料中的一大类，具有良好的电气绝缘和机械性能，在绝缘、支撑等领域得到了广泛的应用。通常环氧板以玻璃布、玻璃毡、纸、陶瓷等作为补强材料，浸润环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂，经上胶机烘烤制得半固化片，再裁切、堆叠，经一定的压力、温度条件，通过热压机热压固化制得。
轻质环氧板是一种新型环氧板，具有良好的机械性能和较好的耐热性,耐潮性，平整度好，表面光滑，无凹坑，厚度公差标准，相比普通的纸板、PC板，纤维板不易变形，其韧性更胜一筹，能起到一定的支撑、补强作用，加装磁铁后对电子产品带自动休眠和唤醒功能，而且更薄更环保。
通常的轻质环氧板采用在环氧树脂中添加玻璃微珠，或者空心的工程塑料等浸润玻璃布，再压合后制得。用这种方法制备得到的轻质环氧板，由于空心的填料本来壁薄，抗压强度指数不高，再加上其占据板材的体积比大，因此其弯曲强度、弯曲模量往往不高，因而只能用于成型尺寸较小的如手机保护套中材料中使用。通常尺寸较大的pad，高端的行李箱，为了使用过程中变形小，往往对弯曲强度、弯曲模量等的要求更高，因而需要一种弯曲强度、弯曲模量更高的材料来满足这一需求。在现有已经面世的材料中，纯碳纤维板能满足这一要求，但价格昂贵，没有成本优势。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板及其制备方法，旨在解决采用现有方法制备轻质环氧板弯曲强度、弯曲模量不高、成本高的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，由若干张UD预浸料，呈相对位置和UD方向各自分别对称的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后经过热压再经过冷压成型得到。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，所述UD预浸料为碳纤UD预浸料、玻纤UD预浸料、玄武岩UD预浸料、芳纶UD预浸料中的一种。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，所述UD预浸料的FAW为50～250g/m2，RC含量为25～40％。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，所述轻质环氧板两侧的UD预浸料为0°/90°垂直堆叠或者45°交叉堆叠。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，所述轻质环氧板密度为0.7～1.5g/cm3，所述轻质环氧板厚度为0.3～5.0mm。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，所述轻质环氧板两侧的UD预浸料分别有1～5张。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其中，所述轻质环氧板的补强材料包括玻璃布、玻纤毡、电子纸。
本发明还提供了一种如以上任一项所述高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其中，包括步骤：
将若干张UD预浸料，呈相对位置和UD方向各自分别对称的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后上下两面覆盖离型膜，然后经过热压再经过冷压成型，得到高弯曲强度高模量轻质环氧复合板。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其中，所述热压的温度为170～200℃，压力为10～30kg/cm2，时间为140～160min。
所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其中，所述冷压的压力为4～6Kgf/cm2，时间为50～70min。
本发明的有益效果是：通过利用UD预浸料和轻质环氧板的特性，经过一定规则的叠合，然后通过一定的压力、温度热压再冷压成型，得到了一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，不仅保留了轻质环氧板的基本特性，具有绝缘、支撑等功能，还具有高弯曲强度、高模量、轻质、成本较低的特征。
附图说明
图1为本发明实施例1的各层结构示意图。
图2为本发明实施例2的各层结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例提供的一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，由若干张UD预浸料，呈相对位置和UD(单向布，unidirectional)方向各自分别对称(即设置位置对称且UD方向也对称)的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后经过热压再经过冷压成型得到。本发明高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，不仅保留了轻质环氧板的基本特性，具有绝缘、支撑等功能，还具有高弯曲强度、高模量、轻质、成本较低的特征。
进一步的，本实施例中，所述UD预浸料为碳纤UD预浸料、玻纤UD预浸料、玄武岩UD预浸料、芳纶UD预浸料中的一种。所述UD预浸料的FAW(预浸料单位面积纤维质量)为50～250g/m2，例如可以为50g/m2、105g/m2、150g/m2、250g/m2等；RC(树脂)含量为25～40％，例如可以为25％、30％、35％、40％等。所述轻质环氧板两侧的UD预浸料分别有1～5张，例如可以为1张、2张、3张、5张等。
进一步的，本实施例中，所述轻质环氧板两侧的UD预浸料为0°/90°垂直堆叠或者45°交叉堆叠。所述轻质环氧板密度为0.7～1.5g/cm3，例如可以为0.7g/cm3、0.95g/cm3、1.2g/cm3、1.5g/cm3等；所述轻质环氧板厚度为0.3～5.0mm，例如可以为0.3mm、1.0mm、3.5mm、5.0mm等。所述轻质环氧板的补强材料包括但不限于玻璃布、玻纤毡、电子纸等。
进一步的，本发明实施例还提供了一种如以上所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其中，包括步骤：
将若干张UD预浸料，呈相对位置和UD方向各自分别对称的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后上下两面覆盖离型膜，然后经过热压再经过冷压成型，得到高弯曲强度高模量轻质环氧复合板。
具体实施时，所述热压的温度为170～200℃，压力为10～30kg/cm2，时间为140～160min。所述冷压的压力为4～6Kgf/cm2，温度为常温，时间为50～70min。
本发明制备的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，经向弯曲强度高于1400Mpa、纬向弯曲强度高于920Mpa、经向弯曲模量高于30Gpa、纬向弯曲模量高于20Gpa。
下面以具体实施例对本发明做详细说明：
实施例1
如图1所示，取两张FAW为150g/m2，RC为35％的碳纤维UD预浸料11a、11b，两张FAW为75g/m2，RC为35％的碳纤维UD预浸料12a、12b，以及一张密度为0.72g/cm3，厚度为0.60mm的轻质环氧板13e，预先将一张碳纤维UD预浸料11a和一张碳纤维UD预浸料12a、一张碳纤维UD预浸料11b和一张碳纤维UD预浸料12b呈0°/90°垂直堆叠好，再与一张轻质环氧板13e堆叠，碳纤维UD预浸料11a、12a和碳纤维UD预浸料11b、12b排列在轻质环氧板13e的两侧，且相对于轻质环氧板13e呈相对位置对称和UD方向对称分布。堆叠好之后，上下加离型膜，在温度170～200℃，压力10～30kg/cm2的条件下，经热压150min，然后在5Kgf/cm2的压力冷压60min成型，得到高弯曲强度高模量轻质环氧复合板。
实施例2
如图2所示，取两张FAW为150g/m2，RC为30％的玻纤UD预浸料11c、11d，两张FAW为65g/m2，RC为30％的玻纤UD预浸料12c、12d，以及一张密度为0.8g/cm3，厚度为0.75mm的轻质环氧板13f，预先将一张玻纤UD预浸料11c和一张玻纤UD预浸料12c、一张玻纤UD预浸料11d和一张玻纤UD预浸料12d呈0°/90°垂直堆叠好，再与一张轻质环氧板13f堆叠，玻纤UD预浸料11c、12c和玻纤UD预浸料11d、12d排列在轻质环氧板13f的两侧，且相对于轻质环氧板13f呈相对位置对称和UD方向对称分布。堆叠好之后，上下加离型膜，在温度170～200℃，压力10～30kg/cm2的条件下，经热压150min，然后在5Kgf/cm2的压力冷压60min成型，得到高弯曲强度高模量轻质环氧复合板。
对照例1
取厚度为1.0mm轻质环氧板一张。
对照例2
取厚度为1.0mm纯碳纤UD环氧板一张。
按照IPC-TM-650《试验方法手册》，使用万能拉力机测试各样品的弯曲强度、弯曲模量。用重量-体积法计算实施例的密度并对比材料成本。对比结果见表1。
表1实施例与对照例性能成本对比
项目 实施例1 实施例2 对照例1 对照例2
厚度(mm) 1.0 1.0 1.0 1.0
密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.11 1.15 0.75 1.5
经向弯曲强度(Mpa) 1464 1433 180 1140
纬向弯曲强度(Mpa) 921 932 115 1130
经向弯曲模量(Gpa) 70 35 2.7 69.6
纬向弯曲模量(Gpa) 32 22 1.3 35.7
成本 1.4 1.2 1 4
*对照例1的成本设定为1。
对比结果表明：本发明的环氧复合板，相对于轻质环氧板，其弯曲强度和弯曲模量有大幅度的提升，成本和密度提升不大；与纯碳纤UD料压合的环氧板比较，弯曲强度、弯曲模量等相当，但具有密度低，且拥有巨大的成本优势。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，由若干张UD预浸料，呈相对位置和UD方向各自分别对称的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后经过热压再经过冷压成型得到。
2.根据权利要求1所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，所述UD预浸料为碳纤UD预浸料、玻纤UD预浸料、玄武岩UD预浸料、芳纶UD预浸料中的一种。
3.根据权利要求1所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，所述UD预浸料的FAW为50～250g/m2，RC含量为25～40％。
4.根据权利要求1所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，所述轻质环氧板两侧的UD预浸料为0°/90°垂直堆叠或者45°交叉堆叠。
5.根据权利要求1所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，所述轻质环氧板密度为0.7～1.5g/cm3，厚度为0.3～5.0mm。
6.根据权利要求1所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，所述轻质环氧板两侧的UD预浸料分别有1～5张。
7.根据权利要求1所述的高弯曲强度高模量轻质环氧复合板，其特征在于，所述轻质环氧板的补强材料包括玻璃布、玻纤毡、电子纸。
8.一种如权利要求1～7任一项所述高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将若干张UD预浸料，呈相对位置和UD方向各自分别对称的排列在一张轻质环氧板两侧，叠合后上下两面覆盖离型膜，然后经过热压再经过冷压成型，得到高弯曲强度高模量轻质环氧复合板。
9.根据权利要求8所述高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为170～200℃，压力为10～30kg/cm2，时间为140～160min。
10.根据权利要求8所述高弯曲强度高模量轻质环氧复合板的制备方法，其特征在于，所述冷压的压力为4～6Kgf/cm2，时间为50～70min。
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