[发明专利]一种低温耐磨高强度短碳纤维-玄武岩单向布混杂纤维复合材料及其制备方法

说明书

一种低温耐磨高强度短碳纤维‑玄武岩单向布混杂纤维复合材料及其制备方法，本发明涉及复合材料及其制备技术领域。本发明要解决现有钢铁材料在低温条件下易发生脆性断裂，导致灾难性的重大事故的技术问题。本发明复合材料是表层为短碳纤维、芯层为玄武岩单向布的增强树脂复合材料；该复合材料的厚度为2mm，其中上表层短碳纤维厚度为0.5mm，下表层短碳纤维厚度为0.5mm，芯层玄武岩单向布厚度为1mm；增强树脂采用乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯或聚氨酯树脂。本发明短碳纤维‑玄武岩单向布混杂纤维复合材料具有轻质、高强和耐腐蚀等优良性能，用于制备低温环境服役舰船关键部件。本发明用于制备低温耐磨高强度短碳纤维‑玄武岩单向布混杂纤维复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料及其制备技术领域。

背景技术

随着我国在低温超导等领域的不断发展，对复合材料在低温下工作时保持良好的机械性能的需求日益迫切。在低温下，钢铁材料的脆性断裂会引发灾难性的重大事故。因此，近年来，一些先进复合材料在低温系统，如超导装置，熔融磁体结构，储氢罐和能量装置中应用越来越多。特别地，纤维增强聚合物(FRP)复合材料被广泛用于低温工程领域制备极地舰船关键部件，如紧固件。钢铁材料制造的紧固件容易在低温下发生脆性断裂，从而使材料存在安全隐患，影响极地舰船的工作。因此发展耐低温的、耐磨的新型复合材料来代替钢铁材料用于制备低温环境服役的舰船紧固件具有重要的实际意义。

发明内容

本发明要解决现有钢铁材料在低温条件下易发生脆性断裂，导致灾难性的重大事故的技术问题，而提供一种低温耐磨高强度短碳纤维-玄武岩单向布混杂纤维复合材料及其制备方法。

一种低温耐磨高强度短碳纤维-玄武岩单向布混杂纤维复合材料，该复合材料是表层为短碳纤维、芯层为玄武岩单向布的增强树脂复合材料；该复合材料的厚度为2mm，其中上表层短碳纤维厚度为0.5mm，下表层短碳纤维厚度为0.5mm，芯层玄武岩单向布厚度为1mm；增强树脂采用乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯或聚氨酯树脂。

所述低温耐磨高强度短碳纤维-玄武岩单向布混杂纤维复合材料中短碳纤维占增强树脂质量的20～30％，玄武岩单向布占增强树脂质量的40～60％；所述的短碳纤维为无胶短碳纤维，其长度为2～5mm，直径为7μm，密度为1.76～1.78g/cm³。

所述的玄武岩单向布的单丝直径为7μm，厚度为0.17mm，面密度为300g/m²。

一种低温耐磨高强度短碳纤维-玄武岩单向布混杂纤维复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：

一、将乙烯基树脂放入冰水浴中保持30～60min，然后加入有机硅油消泡剂，均匀搅拌3～5min，得到产物A；其中有机硅油消泡剂与乙烯基树脂的质量百分比为0.3～0.5％；

二、将短碳纤维加入到部分步骤一得到的产物A中，然后进行机械搅拌，得到产物B；

三、将固化剂和促进剂依次加入步骤二得到的产物B中，均匀搅拌3～5min，得到产物C，将产物C均分为两份；

四、将贴有脱模纸的模具放入真空干燥箱中预热，然后将一份步骤三得到的产物C均匀涂覆在脱模纸上，其中所用的脱模纸为聚四氟乙烯薄膜；

五、将固化剂和促进剂依次加入剩余部分步骤一得到的产物A中，均匀搅拌3～5min，得到产物D；

六、将玄武岩单向布整齐均匀的放在步骤四中涂覆产物C的脱模纸上，然后将产物D均匀涂覆在玄武岩单向布上，得到产物E；

七、将另一份步骤三得到的产物C均匀涂覆在步骤六得到的产物E的玄武岩单向布上，得到产物F；

八、将步骤七得到的产物F放入真空干燥箱中，进行抽真空处理，然后在室温条件下固化，得到所述低温耐磨高强度短碳纤维-玄武岩单向布混杂纤维复合材料。