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FRP氧化铝高强纤维板有效专利 发明

技术领域

[0001] 本发明涉及复合材料技术领域,特别涉及FRP氧化铝高强纤维板。

相关背景技术

[0002] 在当前全球科技创新的浪潮中,对高性能结构材料的需求日益增长,特别是在那些要求极端耐用性、高强度和轻量化特性的领域,如航空航天、军事防御、高端装备制造业等。高强度纤维板作为一类关键的结构材料,其研发与应用成为材料科学领域的前沿课题。传统的高强度纤维板,如碳纤维增强塑料(CFRP)和玻璃纤维增强塑料(GFRP),虽然在许多方面取得了显著成就,但在极端环境耐受性、耐高温、以及多功能集成等方面仍面临挑战,尤其是对于那些需要同时满足高强度、高模量、耐腐蚀、耐磨损以及电磁兼容性等多重严苛要求的应用场景。
[0003] 氧化铝纤维,作为一种新兴的高性能无机纤维材料,因其出色的高温稳定性、高硬度、优秀的化学稳定性以及优异的力学性能,被视为下一代高强度纤维板的重要组成部分。然而,氧化铝纤维与树脂基体的界面粘结问题,以及如何有效利用其性能优势,是当前材料科学家和工程师们面临的重大技术障碍。纤维与树脂间的弱界面结合不仅影响材料的整体力学性能,还会导致材料在长期使用或极端条件下的早期失效。
[0004] 此外,随着对材料多功能性的追求,如何在保证高强度的同时,集成如电磁屏蔽、热管理等功能,成为高强度纤维板设计的新方向。传统方法往往侧重于单一性能的提升,忽视了材料综合性能的优化与平衡。故此,我们提出了FRP氧化铝高强纤维板。

具体实施方式

[0023] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
[0024] 在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0026] 下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
[0027] 实施例1
[0028] FRP氧化铝高强纤维板,如图1所示,FRP氧化铝高强纤维板采用上氧化铝纤维增强塑料层1、下氧化铝纤维增强塑料层2和不锈钢网片层3复合而成,上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2的结构相同,且不锈钢网片层3位于上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2之间;上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2均由以下重量份数的原料制成:改性氧化铝纤维20份,树脂基体45份,辅剂3份。
[0029] 树脂基体选用环氧树脂。
[0030] 辅剂包括以下质量百分比的原料:偶联剂30%,填充剂55%,固化剂15%。
[0031] 偶联剂为硅烷偶联剂。
[0032] 填充剂包括滑石粉、硅灰石粉和玻璃微珠,且滑石粉、硅灰石粉和玻璃微珠的质量比为1:1:1,滑石粉可以提高材料的硬度和耐热性,硅灰石粉可以增强材料的刚性和耐热性,玻璃微珠可减轻重量同时保持一定的强度,三者相互配合使用,进一步增强了上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2的物理和机械性能。
[0033] 改性氧化铝纤维为短纤维,其长度为10mm,直径为2um。
[0034] 不锈钢网片层3的厚度为0.5mm,在上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2之间科学配置不锈钢网片层3,不锈钢的高温稳定性与改性氧化铝纤维的耐热性相结合,不仅显著增强了FRP氧化铝高强纤维板在高温环境下的稳定性和耐火等级,显著提升了材料在极端温度条件下的工作可靠性,还增强了FRP氧化铝高强纤维板的整体刚性,在承受动态负载和冲击时表现更佳,为高性能材料的创新应用开辟了新路径,同时不锈钢网片层3的引入,其金属网格结构可以形成连续的导电通路,贯穿于FRP板内部,这不仅有助于电流的均匀分布,还为静电荷的快速释放提供了通道,降低了材料的表面电阻率,增强了整体的导电性为原本绝缘的FRP材料提供了导电路径,有效提升了其在电磁干扰环境下的屏蔽效果,拓宽了应用领域。
[0035] 改性氧化铝纤维的制备方法如下:A:将硅烷类化合物溶解于乙醇溶剂中,缓慢搅拌均匀,进行水解反应,生成稳定的溶胶,并调节溶胶的pH值,得到浸渍液;
B:将清洁后的氧化铝纤维均匀地浸入浸渍液中真空浸渍,浸渍液在氧化氧化铝纤
维表面形成一层界面层;
C:浸渍后的氧化氧化铝纤维先自然放置干燥,再放入干燥箱中烘干;
D:烘干后的材料放入高温炉中进行热处理固化,得到改性氧化铝纤维。
[0036] 浸渍次数为2次,浸渍时间为8min,浸渍温度为30℃,通过对氧化铝纤维进行浸渍改性处理,选用高效硅烷类化合物作为前驱体,多次浸渍,确保氧化铝纤维表面形成致密且与树脂基体高度兼容的界面层,大幅提高了界面粘结力,减少了应力集中现象。
[0037] 改性氧化铝纤维的制备方法还包括使用偶联剂对纤维进行表面涂覆,增强界面粘结力,使用偶联剂对纤维进行表面涂覆,进一步增强界面粘结力,减少了界面缺陷,确保了材料性能的最大化发挥,从而提升了上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2整体的力学性能。
[0038] 测得上述FRP氧化铝高强纤维板的密度为1.85g/cm3,耐压强度为797MPa,材料表面无粉化和掉渣现象,高温隔热性能优异,屏蔽效果优异。
[0039] 实施例2
[0040] FRP氧化铝高强纤维板,如图1所示,FRP氧化铝高强纤维板采用上氧化铝纤维增强塑料层1、下氧化铝纤维增强塑料层2和不锈钢网片层3复合而成,上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2的结构相同,且不锈钢网片层3位于上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2之间;上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2均由以下重量份数的原料制成:改性氧化铝纤维35份,树脂基体60份,辅剂8份。
[0041] 树脂基体选用环氧树脂。
[0042] 辅剂包括以下质量百分比的原料:偶联剂37%,填充剂55%,固化剂8%。
[0043] 偶联剂为锆酸酯偶联剂。
[0044] 填充剂包括滑石粉、硅灰石粉和玻璃微珠,且滑石粉、硅灰石粉和玻璃微珠的质量比为1:1:1,滑石粉可以提高材料的硬度和耐热性,硅灰石粉可以增强材料的刚性和耐热性,玻璃微珠可减轻重量同时保持一定的强度,三者相互配合使用,进一步增强了上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2的物理和机械性能。
[0045] 改性氧化铝纤维为短纤维,其长度为100mm,直径为5um。
[0046] 不锈钢网片层3的厚度为2mm,在上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2之间科学配置不锈钢网片层3,不锈钢的高温稳定性与改性氧化铝纤维的耐热性相结合,不仅显著增强了FRP氧化铝高强纤维板在高温环境下的稳定性和耐火等级,显著提升了材料在极端温度条件下的工作可靠性,还增强了FRP氧化铝高强纤维板的整体刚性,在承受动态负载和冲击时表现更佳,为高性能材料的创新应用开辟了新路径,同时不锈钢网片层3的引入,其金属网格结构可以形成连续的导电通路,贯穿于FRP板内部,这不仅有助于电流的均匀分布,还为静电荷的快速释放提供了通道,降低了材料的表面电阻率,增强了整体的导电性为原本绝缘的FRP材料提供了导电路径,有效提升了其在电磁干扰环境下的屏蔽效果,拓宽了应用领域。
[0047] 改性氧化铝纤维的制备方法如下:A:将硅烷类化合物溶解于乙醇溶剂中,缓慢搅拌均匀,进行水解反应,生成稳定的溶胶,并调节溶胶的pH值,得到浸渍液;
B:将清洁后的氧化铝纤维均匀地浸入浸渍液中真空浸渍,浸渍液在氧化氧化铝纤
维表面形成一层界面层;
C:浸渍后的氧化氧化铝纤维先自然放置干燥,再放入干燥箱中烘干;
D:烘干后的材料放入高温炉中进行热处理固化,得到改性氧化铝纤维。
[0048] 浸渍次数为4次,浸渍时间为6min,浸渍温度为50℃,通过对氧化铝纤维进行浸渍改性处理,选用高效硅烷类化合物作为前驱体,多次浸渍,确保氧化铝纤维表面形成致密且与树脂基体高度兼容的界面层,大幅提高了界面粘结力,减少了应力集中现象。
[0049] 改性氧化铝纤维的制备方法还包括使用偶联剂对纤维进行表面涂覆,增强界面粘结力,使用偶联剂对纤维进行表面涂覆,进一步增强界面粘结力,减少了界面缺陷,确保了材料性能的最大化发挥,从而提升了上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2整体的力学性能。
[0050] 测得上述FRP氧化铝高强纤维板的密度为1.87g/cm3,耐压强度为805MPa,材料表面无粉化和掉渣现象,高温隔热性能优异,屏蔽效果优异。
[0051] 实施例3
[0052] FRP氧化铝高强纤维板,如图1所示,FRP氧化铝高强纤维板采用上氧化铝纤维增强塑料层1、下氧化铝纤维增强塑料层2和不锈钢网片层3复合而成,上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2的结构相同,且不锈钢网片层3位于上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2之间;上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2均由以下重量份数的原料制成:改性氧化铝纤维30份,树脂基体52份,辅剂5份。
[0053] 树脂基体选用环氧树脂。
[0054] 辅剂包括以下质量百分比的原料:偶联剂30%,填充剂60%,固化剂10%。
[0055] 偶联剂为硅烷偶联剂和锆酸酯偶联剂中的任意一种。
[0056] 填充剂包括滑石粉、硅灰石粉和玻璃微珠,且滑石粉、硅灰石粉和玻璃微珠的质量比为1:1:1,滑石粉可以提高材料的硬度和耐热性,硅灰石粉可以增强材料的刚性和耐热性,玻璃微珠可减轻重量同时保持一定的强度,三者相互配合使用,进一步增强了上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2的物理和机械性能。
[0057] 改性氧化铝纤维为短纤维,其长度为70mm,直径为3um。
[0058] 不锈钢网片层3的厚度为1mm,在上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2之间科学配置不锈钢网片层3,不锈钢的高温稳定性与改性氧化铝纤维的耐热性相结合,不仅显著增强了FRP氧化铝高强纤维板在高温环境下的稳定性和耐火等级,显著提升了材料在极端温度条件下的工作可靠性,还增强了FRP氧化铝高强纤维板的整体刚性,在承受动态负载和冲击时表现更佳,为高性能材料的创新应用开辟了新路径,同时不锈钢网片层3的引入,其金属网格结构可以形成连续的导电通路,贯穿于FRP板内部,这不仅有助于电流的均匀分布,还为静电荷的快速释放提供了通道,降低了材料的表面电阻率,增强了整体的导电性为原本绝缘的FRP材料提供了导电路径,有效提升了其在电磁干扰环境下的屏蔽效果,拓宽了应用领域。
[0059] 改性氧化铝纤维的制备方法如下:A:将硅烷类化合物溶解于乙醇溶剂中,缓慢搅拌均匀,进行水解反应,生成稳定的溶胶,并调节溶胶的pH值,得到浸渍液;
B:将清洁后的氧化铝纤维均匀地浸入浸渍液中真空浸渍,浸渍液在氧化氧化铝纤
维表面形成一层界面层;
C:浸渍后的氧化氧化铝纤维先自然放置干燥,再放入干燥箱中烘干;
D:烘干后的材料放入高温炉中进行热处理固化,得到改性氧化铝纤维。
[0060] 浸渍次数为3次,浸渍时间为7min,浸渍温度为40℃,通过对氧化铝纤维进行浸渍改性处理,选用高效硅烷类化合物作为前驱体,多次浸渍,确保氧化铝纤维表面形成致密且与树脂基体高度兼容的界面层,大幅提高了界面粘结力,减少了应力集中现象。
[0061] 改性氧化铝纤维的制备方法还包括使用偶联剂对纤维进行表面涂覆,增强界面粘结力,使用偶联剂对纤维进行表面涂覆,进一步增强界面粘结力,减少了界面缺陷,确保了材料性能的最大化发挥,从而提升了上氧化铝纤维增强塑料层1和下氧化铝纤维增强塑料层2整体的力学性能。
[0062] 测得上述FRP氧化铝高强纤维板的密度为1.92g/cm3,耐压强度为820MPa,材料表面无粉化和掉渣现象,高温隔热性能优异,屏蔽效果优异。
[0063] 综上,本发明所述的FRP氧化铝高强纤维板密度设计在约1.8‑1.9g/cm3,耐压强度超过700 MPa,不仅满足了航空航天、高端制造及电子封装等领域的高性能需求,还展示了在轻量化、高强度、多功能集成方面的显著优势,为高性能复合材料领域带来了革新性的发展。
[0064] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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