一種雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種雙連續樹脂基復合泡沫材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]樹脂基復合泡沫材料具有低密度、優異的抗壓性能、高的比強度，以及低的吸水率、良好的熱膨脹和導熱系數等特點，從而越來越受到人們的重視。復合泡沫材料可用于深海探測設備的浮力材料，航空、航天及交通運輸工具的減重材料；戰斗機的方向舵、機尾罩，軍艦及潛艇的發動機、傳動結構的防護罩材料；交通運輸工具中防撞、防沖擊構件，多層夾板結構中的夾芯材料；魚雷動力系統外殼吸聲材料，工農業、交通運輸業、建筑業中的隔音材料和保溫材料等。目前，我國在該領域開展了多年的相關研究，取得了一定的成果，但由于制備工藝等問題，雖然所得的樹脂基復合泡沫材料壓縮強度較高￠8.5MPa)，但密度卻較高(0.74g ^cm3)，壓縮模量最高為1.287GPa (余為，李慧劍，何長軍，梁希，賈英國.空心玻璃微珠填充環氧樹脂復合材料力學性能.復合材料學報，2010，27 (4): 189-194.)，復合泡沫材料存在分布不均、內部存在大量缺陷等的問題。目前，常用的制備樹脂基空心微珠復合材料的方法是澆注法，利用澆注法制備復合泡沫材料的成型過程中存在以下問題:一、空心微珠的密度一般低于樹脂基體，固化過程中空心微珠上浮，容易出現分層現象，復合泡沫材料的均勻性難以保證；二、空心微珠剪切強度低，攪拌時攪拌速率受到限制；三、空心微珠含量較低，一般體積分數為30%?50%，空心微珠固相含量很難提高；四、空心微珠固相含量較高時，樹脂與空心微珠混合物粘度較大，樹脂內部的氣泡難以除去，樹脂固化后，材料內部存在大量缺陷。
【發明內容】
[0003]本發明是為了解決目前樹脂基復合泡沫材料中空心微珠固相含量低、分層、組織不均勻和氣孔難以逸出的技術問題，而提供一種雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的制備方法。
[0004]本發明的一種雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的制備方法是按以下步驟進行的:
[0005]—、制備空心微珠預制體:將空心微珠和粘結劑均勻混合后在壓力為0.1MPa?IMPa的條件下模壓成型為生還，然后在馬沸爐中以0.50C /min?2°C /min的升溫速率從室溫升溫至250°C，在溫度為250°C的條件下保溫Ih?2h，從溫度為250°C繼續升溫至650°C，在溫度為650°C的條件下保溫Ih?2h，以2.50C /min的升溫速率從溫度為650°C升溫至700°C，在溫度為700°C的條件下保溫2h，隨爐冷卻至室溫，得到空心微珠預制體；所述的粘結劑和空心微珠的質量比為1: (20?100);
[0006]二、樹脂滲入空心微珠預制體并固化:在模具內涂一層脫模劑，將步驟一得到的空心微珠預制體放入模具中，將樹脂基體放入模具中并在空心微珠預制體之上，采取真空浸漬或壓力浸漬的方法將樹脂基體滲入步驟一得到的空心微珠預制體中，然后固化，最后退模，得到雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料；所述的步驟一得到的空心微珠預制體與樹脂基體的質量比為1: (1.22?1.67);所述的固化采取樹脂基體自身固有的固化工藝進行。
[0007]本發明采用粘結劑粘結空心微珠，經模壓，排膠，燒結法制備空心微珠預制體，通過真空浸漬或壓力浸漬的方法制備雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料，與澆注法獲得的復合材料相比，本發明方法可制備空心微珠分布均勻，且空心微珠與樹脂具有雙連續結構的、性能優異的復合泡沫材料。
[0008]本發明的優點:
[0009]—、本發明方法制備的雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料，樹脂與空心微珠具有雙連續結構，空心微珠分布均勻且緊密堆積，并且復合材料具有輕質、高強、高模量等特點。可廣泛應用于航空、航天減重材料、海洋深潛浮力材料、絕熱材料等；
[0010]二、采用阿基米德排水法測得本發明制備的空心微珠預制體的密度為0.2583g.cm 3?0.8030g.cm 3，開氣孔率小于40%，其中空心微珠體積含量大于60%，空心微珠預制體的抗壓強度為5.6MPa ;
[0011]三、本發明制備的雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的密度為0.6121g.cm 3，抗壓強度> 90.2MPa，壓縮模量> 3.7GPa ；
[0012]四、本發明制備的雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料中空心微珠固相含量較高，可達到65%左右，且制備工藝簡單，可操作性強。
【附圖說明】
[0013]圖1為試驗二得到的雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的SEM圖；
[0014]圖2為試驗二得到的雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的SEM圖；
[0015]圖3為試驗二得到的雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的SEM圖，圖3中箭頭I所指為空心微珠壁，箭頭2所指為界面，箭頭3所指為樹脂基體。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:本實施方式為一種雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[0017]—、制備空心微珠預制體:將空心微珠和粘結劑均勻混合后在壓力為0.1MPa?IMPa的條件下模壓成型為生還，然后在馬沸爐中以0.50C /min?2°C /min的升溫速率從室溫升溫至250°C，在溫度為250°C的條件下保溫Ih?2h，從溫度為250°C繼續升溫至650°C，在溫度為650°C的條件下保溫Ih?2h，以2.50C /min的升溫速率從溫度為650°C升溫至700°C，在溫度為700°C的條件下保溫2h，隨爐冷卻至室溫，得到空心微珠預制體；所述的粘結劑和空心微珠的質量比為1: (20?100);
[0018]二、樹脂滲入空心微珠預制體并固化:在模具內涂一層脫模劑，將步驟一得到的空心微珠預制體放入模具中，將樹脂基體放入模具中并在空心微珠預制體之上，采取真空浸漬或壓力浸漬的方法將樹脂基體滲入步驟一得到的空心微珠預制體中，然后固化，最后退模，得到雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料；所述的步驟一得到的空心微珠預制體與樹脂基體的質量比為1: (1.22?1.67);所述的固化采取樹脂基體自身固有的固化工藝進行。
[0019]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:步驟一所述的空心微珠為空心塑料微珠、空心玻璃微珠、或空心陶瓷微珠。其他與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟一所述的空心微珠的粒徑為I μπι?5_。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0021]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三的不同點是:步驟一所述的粘結劑為質量分數為40%?60%的聚乙烯醇水溶液、磷酸鹽或有機硅樹脂。其他與【具體實施方式】一至三相同。
[0022]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四的不同點是:步驟二所述的脫模劑為二甲基硅油。其他與【具體實施方式】一至四相同。
[0023]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五的不同點是:步驟二所述的步驟一得到的空心微珠預制體與樹脂基體的質量比為I: 1.22。其他與【具體實施方式】一至五相同。
[0024]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六的不同點是:步驟二所述的采取真空浸漬的方法將樹脂基體滲入步驟一得到的空心微珠預制體中的具體方法為:將裝有樹脂基體和空心微珠預制體的模具在真空度為10 1Pa和溫度為130°C?170°C的真空烘箱中保溫Ih?2h。其他與【具體實施方式】一至六相同。
[0025]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七的不同點是:步驟二所述的采取壓力浸漬的方法將樹脂基體滲入步驟一得到的空心微珠預制體中的具體方法為:將裝有樹脂基體和空心微珠預制體的模具在壓力0.5MPa?IMPa和溫度為室溫?250°C的條件下保壓Ih?2h。其他與【具體實施方式】一至七相同。
[0026]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八的不同點是:步驟二所述的樹脂基體為環氧樹脂、酚醛樹脂、氰酸酯樹脂或聚酰亞胺樹脂。其他與【具體實施方式】一至八相同。
[0027]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】四不同點是:磷酸鹽為磷酸二氫鋁或磷酸鋁。其他與【具體實施方式】四相同。
[0028]通過以下試驗驗證本發明的有益效果:
[0029]試驗一:本試驗為一種雙連續樹脂基空心微珠復合泡沫材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的:
[0030]一、制備空心微珠預制體:將空心微珠和粘結劑均勻混合后在壓力為0.5MPa的條件下模壓成型為生坯，然后在馬沸爐中以0.5°C /min的升溫速率從室溫升溫至250°C，在溫度