复合材料及其制备方法与流程

【】本技术涉及新材料，尤其涉及一种复合材料及其制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、随着全球出现能源危机、气候变化等问题的出现，以及为了响应国家低碳与可再生能源政策的号召，汽车行业中轻量化、原料可再生化和低碳化排放成为汽车结构材料的发展趋势，为了实现满足发展趋势，汽车结构材料通常由矿物以及填充在矿物内的聚丙烯、abs、pc/abs等聚合物组成，上述组成的汽车结构材料密度通常在1.0～1.1g/cm3左右，在汽车上使用量大时具有一定的轻量化空间。

2、但上述汽车结构材料中矿物来源于矿石，聚合物复合材料来源于石油，矿石和石油短期内都不可再生，并且原料获取过程中存在开采矿石会破坏土地、提炼石油过程中碳排放量高等问题。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、鉴于此，本技术提供一种复合材料及其制备方法，通过采用低密度且绿色可降解的改性亚麻纤维与丙纶纤维进行复合得到复合材料，复合材料兼具绿色可降解、碳排放量低、高的结合力、抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量以及抗冲击性能。

2、第一方面，本技术提供一种复合材料，所述复合材料的组分包括改性亚麻纤维与丙纶纤维，所述改性亚麻纤维与所述丙纶纤维构建为三维纤维网络结构；

3、其中，按质量份计，所述复合材料中所述改性亚麻纤维为30～50份，所述复合材料中所述丙纶纤维为50～70份，且所述改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维。

4、上述方案中，本技术提供的复合材料组分包括改性亚麻纤维与丙纶纤维，其中，改性亚麻纤维的组分中亚麻纤维具有获取成本低、密度低、绿色可降解等优点，进而可以降低复合材料的整体密度与碳排放量；同时，改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维，此种成分使得丙纶纤维与改性亚麻纤维加热复合后可以形成三重作用力的三维纤维网络结构，进而复合材料兼具高的结合力、抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量以及抗冲击性能。

5、结合第一方面，所述复合材料的密度≤1.02g/cm3。

6、上述方案中，复合材料的密度会影响最终制备的汽车结构的质量份，复合材料的密度越大，单位体积复合材料越重。若复合材料的密度过高，制备的汽车结构不能实现轻量化的效果。

7、结合第一方面，所述复合材料的抗拉强度≥29mpa。

8、上述方案中，抗拉强度是指复合材料发生拉伸形变后所能承受的最大拉力，抗拉强度越大，复合材料可承受的拉应力越大。若复合材料的抗拉强度过小，复合材料在加工成型(例如拉伸成型等过程)为汽车结构的过程中容易被破坏，且制备出的汽车结构拉伸性能差。

9、结合第一方面，所述复合材料的弯曲强度≥37mpa。

10、上述方案中，弯曲强度是指复合材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力，弯曲强度越大，复合材料可承受的弯曲负荷作用力越大。若复合材料的弯曲强度过低，制备出的汽车结构硬度低，承受的作用力过大时易发生损坏。

11、结合第一方面，所述复合材料的弯曲模量≥1940mpa。

12、上述方案中，弯曲模量是指复合材料在弯曲载荷下抵抗变形的能力，弯曲模量越大，复合材料越难发生变形。若复合材料的弯曲模量过低，制备出的汽车结构硬度低，在使用过程中易发生变形，影响汽车结构的使用。

13、结合第一方面，所述复合材料的缺口冲击强度≥5.6kj/m2。

14、上述方案中，缺口冲击强度是指有缺口的复合材料在冲击载荷的作用下折断或折裂时，单位截面积所吸收的能量，缺口冲击强度越大，复合材料的脆性越低，韧性越强。若复合材料的缺口冲击强度过低，复合材料制备的汽车结构在使用过程中产生缺口等缺陷，此时受到外力作用时易发生折断或折裂，会影响汽车结构的使用。

15、结合第一方面，所述复合材料的在-40℃的低温冲击强度≥4.7kj/m2。

16、上述方案中，低温冲击强度是指低温时复合材料在冲击载荷的作用下折断或折裂，单位截面积所吸收的能量，低温冲击强度越大，低温条件下复合材料的脆性越低，韧性越强。若复合材料的低温冲击强度过低，复合材料制备的汽车结构在温度变化大的环境下使用时，受到外力作用时易发生折断或折裂，会影响汽车结构的使用。

17、结合第一方面，所述复合材料的组分包括改性亚麻纤维与丙纶纤维，所述改性亚麻纤维与所述丙纶纤维构建为三维纤维网络结构；

18、其中，按质量份计，所述复合材料中所述改性亚麻纤维为50份，所述复合材料中所述丙纶纤维为50份，且所述改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维。

19、上述方案中，复合材料的组分参数控制在上述范围内，得到的复合材料的密度在0.90g/cm3左右，拉伸强度≥30mpa，弯曲模量≥3500mpa，缺口冲击≥8kj/m2。

20、第二方面，本技术提供一种复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

21、按质量份计，将30～50份的改性亚麻纤维、50～70份的丙纶纤维进行预混合工序，得到第一混合材料；其中，所述改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维；

22、将所述第一混合材料进行开松工序、梳理工序以及气流铺网工序，得到第二混合材料；

23、将所述第二混合材料进行加热针刺工序，得到三维纤维网络结构的复合材料。

24、上述方案中，复合材料的原料中采用了改性亚麻纤维，改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维，使得改性亚麻纤维与丙纶纤维在制备过程中加热加压时，两者可以形成强链接结构，提高了改性亚麻纤维与丙纶纤维的结合力；同时，制备过程还采用了加热针刺工序，通过加热针刺工序，可以将改性亚麻纤维与丙纶纤维交织为更稳定、致密的三维纤维网络结构，大大减少了复合材料内部的空洞，进而增强复合材料的抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量、抗冲击性能。

25、结合第二方面，所述丙纶纤维的纤维长度为100mm～150mm。

26、上述方案中，丙纶纤维的长度会影响复合材料的强度，丙纶纤维的长度在上述范围内，制备的复合材料的韧性强。

27、结合第二方面，所述丙纶纤维的纤维直径为10μm～50μm。

28、上述方案中，丙纶纤维的直径会影响复合材料的强度，丙纶纤维的直径在上述范围内，制备的复合材料的韧性强。

29、结合第二方面，所述预混合工序的时间为3min～5min。

30、上述方案中，若预混合的时间过短，改性亚麻纤维与丙纶纤维难以做到均匀混合，不利于后续工序的进行；若预混合的时间过长，复合材料的制备能耗增加，进而增加了复合材料的制备成本。

31、结合第二方面，所述加热针刺工序的温度为140℃～160℃。

32、上述方案中，若加热针刺工序的温度过高，改性亚麻纤维浸润丙纶纤维时，流动性过大，影响浸润的均匀性；若加热针刺工序的温度过低，改性亚麻纤维浸润丙纶纤维时，流动性过低，不能有效的渗透到丙纶纤维内部，也会影响浸润的均匀性；

33、结合第二方面，所述加热针刺工序包括如下步骤：

34、针刺过程、所述改性亚麻纤维与所述丙纶纤维缠绕成型过程、所述改性亚麻纤维浸润所述丙纶纤维过程、熔融的所述改性亚麻纤维粘结所述丙纶纤维形成第三混合材料过程、所述第三混合材料经缠绕编织固化过程。

35、上述方案中，通过上述加热针刺工序的步骤，可以构建更稳定、致密的三维纤维网络结构，大大减少了复合材料内部的空洞，增强复合材料的性能。

36、结合第二方面，所述制备方法还包括所述改性亚麻纤维的制备过程：

37、将所述亚麻纤维进行开松过程，再将溶解后的异构化萜烯树脂溶液喷涂于所述亚麻纤维上，静置后得到所述改性亚麻纤维。

38、上述方案中，通过上述制备方法，可以得到符合本技术使用要求的改性亚麻纤维，与丙纶纤维的结合力更强。

39、结合第二方面，按质量份计，所述异构化萜烯树脂的质量为所述亚麻纤维的质量的1％～10％。

40、上述方案中，异构化萜烯树脂的质量含量在上述范围内，可以得到本技术强结合力的改性亚麻纤维。

41、结合第二方面，所述异构化萜烯树脂为β-蒎烯、萜烯和烃类化合物或共聚物在200～260℃下用碘或锌催化的异构体。

42、上述方案中，通过上述制备方法，可以得到符合本技术使用要求的异构化萜烯树脂，用于改性亚麻纤维的制备。

43、结合第二方面，所述复合材料的密度≤1.02g/cm3。

44、上述方案中，复合材料的密度会关系最终制备的汽车结构的质量份，复合材料的密度越大，单位体积复合材料越重。若复合材料的密度过高，制备的汽车结构不能实现轻量化的效果。

45、结合第二方面，所述复合材料的抗拉强度≥29mpa。

46、上述方案中，抗拉强度是通过材料发生拉伸形变后所能承受的最大拉力，抗拉强度越大，复合材料可承受的拉应力越大。若复合材料的抗拉强度过小，复合材料在加工成型(例如拉伸成型等过程)为汽车结构的过程中容易被破坏，且制备出的汽车结构拉伸性能差。

47、结合第二方面，所述复合材料的弯曲强度≥37mpa。

48、上述方案中，弯曲强度是指复合材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力，弯曲强度越大，复合材料可承受的弯曲负荷作用力越大。若复合材料的弯曲强度过低，制备出的汽车结构硬度低，承受的作用力过大时易发生损坏。

49、结合第二方面，所述复合材料的弯曲模量≥1940mpa。

50、上述方案中，弯曲模量是指复合材料在弯曲载荷下抵抗变形的能力，弯曲模量越大，复合材料越难发生变形。若复合材料的弯曲模量过低，制备出的汽车结构硬度低，在使用过程中易发生变形，影响汽车结构的使用。

51、结合第二方面，所述复合材料的缺口冲击强度≥5.6kj/m2。

52、上述方案中，缺口冲击强度是指有缺口的复合材料在冲击载荷的作用下折断或折裂时，单位截面积所吸收的能量，缺口冲击强度越大，复合材料的脆性越低，韧性越强。若复合材料的缺口冲击强度过低，复合材料制备的汽车结构在使用过程中产生缺口等缺陷，此时受到外力作用时易发生折断或折裂，会影响汽车结构的使用。

53、结合第二方面，所述复合材料的在-40℃的低温冲击强度≥4.7kj/m2。

54、上述方案中，低温冲击强度是指低温时复合材料在冲击载荷的作用下折断或折裂，单位截面积所吸收的能量，低温冲击强度越大，低温条件小复合材料的脆性越低，韧性越强。若复合材料的低温冲击强度过低，复合材料制备的汽车结构在温度变化大的环境下使用时，受到外力作用时易发生折断或折裂，会影响汽车结构的使用。

55、采用上述方案，本技术具有如下有益效果：

56、本技术提供的复合材料，组分包括改性亚麻纤维与丙纶纤维，其中，改性亚麻纤维的组分中亚麻纤维具有获取成本低、密度低、绿色可降解等优点，进而可以降低复合材料的整体密度与碳排放量；同时，改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维，此种成分的使得丙纶纤维与改性亚麻纤维加热复合后可以形成三重作用力的三维纤维网络结构，进而复合材料兼具高的结合力、抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量以及抗冲击性能。

57、本技术提供的复合材料的制备方法，复合材料的原料中采用了改性亚麻纤维，改性亚麻纤维为异构化萜烯树脂改性的亚麻纤维，使得改性亚麻纤维与丙纶纤维在制备过程中加热加压时，两者可以形成三重作用力的强链接结构，提高了改性亚麻纤维与丙纶纤维的结合力；同时，制备过程还采用了加热针刺工序，通过加热针刺工序，可以将改性亚麻纤维与丙纶纤维交织为更稳定、致密的三维纤维网络结构，大大减少了复合材料内部的空洞，进而增强复合材料的抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量、抗冲击性能。