本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合材料由多層仿根系的仿生纖維束堆疊壓制而成，層與層的纖維束交錯擺放，所述仿根系的仿生纖維束由碳纖維編織、玄武巖纖維纏繞獲得仿根狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)混合樹脂粉末靜電吸附而成。本發(fā)明專利技術(shù)利用玄武巖纖維本身的優(yōu)異性能，使復(fù)合材料具有強度高、耐腐蝕、耐高低溫等特性的同時，通過靜電吸附混合樹脂粉末以及采用仿魚骨方式排列后，使復(fù)合材料的性能以及強度得到了進(jìn)一步的有效提升。以及強度得到了進(jìn)一步的有效提升。以及強度得到了進(jìn)一步的有效提升。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料及其制備方法
[0001]本專利技術(shù)涉及仿生復(fù)合材料
，具體涉及一種扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]在大自然中，各種生物為了適應(yīng)自身生存的環(huán)境，在經(jīng)歷了長期的進(jìn)化之后，形成了具有各自特色的生物結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能。近年來，科學(xué)家們從自然界中的生物復(fù)合材料得到了啟發(fā)，在材料設(shè)計時引入了“仿生設(shè)計”和“纖維形態(tài)設(shè)計”的概念。根系結(jié)構(gòu)作為一種普遍而又特殊的仿生結(jié)構(gòu)，是大多數(shù)動植物根據(jù)物質(zhì)傳輸效率和營養(yǎng)供給要求進(jìn)化出來的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，其特征為主干連接多個支干，彼此相互交錯，使得根系與根系、根系與土壤之間力的相互作用更加緊密，更能承受外力的沖擊。目前，國內(nèi)復(fù)合材料的研究方向大多向增強纖維本身特性以及偶聯(lián)劑的方向發(fā)展，纖維的一些力學(xué)特征仍有較大發(fā)展空間。根系結(jié)構(gòu)相比普通的直纖維結(jié)構(gòu)具有更好的界面結(jié)合力與承載力，將仿根系結(jié)構(gòu)應(yīng)用到纖維束的編織中，可以有效提升仿生纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0003]玄武巖纖維是以天然玄武巖拉制的連續(xù)纖維。是玄武巖石料在1450℃～1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。玄武巖纖維是一種新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成。玄武巖連續(xù)纖維不僅強度高，而且還具有電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等多種優(yōu)異性能。此外，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝決定了產(chǎn)生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。我國已把玄武巖纖維列為重點發(fā)展的四大纖維，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強復(fù)合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過濾織物以及防護(hù)領(lǐng)域等多個方面得到了廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)的目的在于：提供一種扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料及其制備方法，通過其特殊的仿根系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使其具有更高的強度，相比傳統(tǒng)的復(fù)合材料能發(fā)揮更加優(yōu)異的承載效果。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案如下：
[0006]本專利技術(shù)提供了一種扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，由多層仿根系的仿生纖維束堆疊壓制而成，層與層的纖維束交錯擺放，所述仿根系的仿生纖維束由碳纖維編織、玄武巖纖維纏繞獲得仿根狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)混合樹脂粉末靜電吸附而成。
[0007]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料中，混合樹脂粉末由以下重量份的原料組成：雙酚A環(huán)氧樹脂50～55份、乙烯樹脂20～30份、石墨粉10～15份、氫氧化鋁3～5份、蛭石粉3～4份、金蔥粉2～4份以及陶瓷粉2～3份。
[0008]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料中，碳纖維的編織升角控制在5
°
～50
°
并且保證纖維每隔80～150mm測量的螺旋升角的誤差不得超過5
°
。
[0009]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料中，碳纖維和玄武巖纖維按1：(5-10)的比例進(jìn)行纏繞。
[0010]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料中，相鄰兩根玄武巖纖維的軸向纏繞間距為120～200μm。
[0011]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料中，玄武巖纖維素的纏繞角度為30
°
～60
°
。
[0012]本專利技術(shù)還提供了上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0013]S1、將5～10根碳纖維采用纖維束編織機進(jìn)行編織，其中編織升角控制在5
°
～50
°
并且保證纖維每隔80～150mm測量的螺旋升角的誤差不得超過5
°
[0014]S2、將玄武巖纖維按照纏繞角度30
°
～60
°
在碳纖維束表面進(jìn)行纏繞編織，其中碳纖維和玄武巖纖維按1：(5-10)的比例進(jìn)行纏繞；
[0015]S3、纏繞時下一段玄武巖纖維較前一段玄武巖纖維的軸向間距為120～200μm，最終在每段玄武巖纖維末端纖維間形成了仿根狀排列，獲得根系結(jié)構(gòu)；
[0016]S4、在仿生纖維束編織的整個過程的同時對纖維束進(jìn)行扭轉(zhuǎn)增強，其中旋轉(zhuǎn)速度為0.02rad/s～0.1rad/s，旋轉(zhuǎn)角度為0
°
～360
°
，并通過靜電吸附方法將混合樹脂粉末吸附在仿生纖維束表面，制得仿根系的仿生纖維束；
[0017]S5、多層仿生纖維束堆疊壓制獲得復(fù)合材料。
[0018]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料的制備方法中，混合樹脂粉末由以下重量份的原料組成：雙酚A環(huán)氧樹脂50～55份、乙烯樹脂20～30份、石墨粉10～15份、氫氧化鋁3～5份、蛭石粉3～4份、金蔥粉2～4份以及陶瓷粉2～3份。
[0019]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料的制備方法中，步驟S5的壓制方法為：第一層是將獲得的仿生纖維束按照首尾交錯的布局方式均勻鋪在熱壓機模具中，相鄰的纖維束間隔為1～3mm，待完成該層纖維束布局?jǐn)[放后進(jìn)行下一層纖維束布局?jǐn)[放，并始終保持相鄰層與層纖維束進(jìn)行交錯擺放，交錯角度為30
°
～150
°
，重復(fù)此步驟，直至得到實驗所需的復(fù)合材料厚度，隨后采用擠壓纏繞的方法進(jìn)行壓制和固化。
[0020]上述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料的制備方法中，固化的方法為：以5℃/min～15℃/min的升溫速率將固化溫度從室溫升至120
°
～200
°
，并保溫60min～110min，待溫度達(dá)到設(shè)定值時，施加25MPa～35MPa壓力的扭轉(zhuǎn)力，扭轉(zhuǎn)速度為0.06rad/s～0.2rad/s，扭轉(zhuǎn)角度為0
°
～720
°
持續(xù)保壓并隨熱壓機冷卻至室溫。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的技術(shù)效果為：
[0022]本專利技術(shù)提供的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料及其制備方法，利用玄武巖纖維本身的優(yōu)異性能，使復(fù)合材料具有強度高、耐腐蝕、耐高低溫等特性的同時，通過靜電吸附混合樹脂粉末以及采用仿魚骨方式排列后，使復(fù)合材料的性能以及強度得到了進(jìn)一步的有效提升。
附圖說明
[0023]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本專利技術(shù)實施例提供的仿根系的仿生纖維束的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說明：
[0026]1、碳纖維束，2、玄武巖纖維。
具體實施方式
[0027]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。未經(jīng)特殊說明，本專利技術(shù)所采用的原材料均為市售產(chǎn)品。
[0028]實施例1
[0029]本專利技術(shù)的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料的制備方法，其具體實施方式步驟如下：
[0030]一：將10根碳纖維采用復(fù)合纖維束編織機進(jìn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，其特征在于，由多層仿根系的仿生纖維束堆疊壓制而成，層與層的纖維束交錯擺放，所述仿根系的仿生纖維束由碳纖維編織、玄武巖纖維纏繞獲得仿根狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)混合樹脂粉末靜電吸附而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，其特征在于，混合樹脂粉末由以下重量份的原料組成：雙酚A環(huán)氧樹脂50～55份、乙烯樹脂20～30份、石墨粉10～15份、氫氧化鋁3～5份、蛭石粉3～4份、金蔥粉2～4份以及陶瓷粉2～3份。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，其特征在于，碳纖維的編織升角控制在5
°
～50
°
并且保證纖維每隔80～150mm測量的螺旋升角的誤差不得超過5
°
。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，其特征在于，碳纖維和玄武巖纖維按1：(5-10)的比例進(jìn)行纏繞。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，其特征在于，相鄰兩根玄武巖纖維的軸向纏繞間距為120～200μm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料，其特征在于，玄武巖纖維素的纏繞角度為30
°
～60
°
。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的扭轉(zhuǎn)纖維增強仿生復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將5～10根碳纖維采用纖維束編織機進(jìn)行編織，其中編織升角控制在5
°
～50
°
并且保證纖維每隔80～150mm測量的螺旋升角的誤差不得超過5
°
；S2、將玄武巖纖維按照纏繞角度30
°
～60
°
在碳纖維束表面進(jìn)行纏繞編織，其中碳纖維和玄武巖纖維按1：(5-10)的比例進(jìn)行纏繞；S3、纏繞時下一段玄武巖纖維...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙佳樂，路云，魏延鵬，莊健，田宏麗，王筱庚，郭明卓，吳思陽，李巍，
申請(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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