一种梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板及其制备方法与流程

本发明属于高性能复合材料，涉及一种高性能梯度结构复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有孔隙率梯度分布和混杂纤维增强的氟橡胶基多层复合板及其制备方法。

背景技术：

1、氟橡胶（fkm）与纤维布复合的材料因其优异的耐高温、耐化学腐蚀和机械增强性能，在工业领域得到广泛应用。

2、现有技术中，主要有两类氟橡胶/纤维布复合材料：第一类为全致密型复合结构（如传统氟橡胶包裹玻璃纤维布），通过涂覆、浸渍或压延工艺使氟橡胶完全浸润并包裹玻璃纤维布的经纬纱线，形成致密复合体。该结构具有优异的耐介质渗透性和密封性能，但存在硬度偏高、缓冲性不足、隔热能力有限的问题。第二类为半浸润多孔型复合结构，通过控制氟橡胶对纤维布的"半浸润"状态，利用溶剂挥发在层间与纤维间隙中引入微气泡空腔，获得一定的缓冲回弹和隔热性能。该结构虽改善了缓冲性，但仍存在以下不足：（1）气泡分布均匀但不可控，难以实现性能的定向优化；（2）仅使用单一玻璃纤维布，增强效果单一；（3）缺乏表面功能化设计，长期使用中表面易老化掉屑；（4）孔隙率均匀分布导致力学性能与缓冲性能难以兼顾。

3、此外，现有pcb/ccl压合缓冲垫产品虽采用玻璃纤维与高分子弹性材料复合结构，但在耐温等级（约280℃）、使用寿命（约800次）和缓冲量方面仍有提升空间，且表面掉毛、高温老化后性能衰减等问题尚未完全解决。

4、因此，亟需开发一种能够同时兼顾表面致密防护与内部高效缓冲隔热、具有可设计性能梯度的新型氟橡胶复合材料。

技术实现思路

1、为了解决现有氟橡胶/纤维布复合材料难以同时兼顾表面致密防护与内部高效缓冲隔热性能，且使用寿命、耐温等级仍有待进一步提升的问题，本发明提供了一种梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板及其制备方法。本发明通过梯度结构设计实现了表面致密防护与内部多孔缓冲隔热的性能分区，显著提升了材料的耐温等级、使用寿命和缓冲性能，可广泛应用于pcb/ccl压合缓冲垫、高温密封垫片、柔性隔热组件、减震衬垫及特种防护等领域。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，沿厚度方向依次包括上致密防护层、上梯度过渡层、缓冲隔热芯层、下梯度过渡层和下致密防护层，其中：

4、所述上致密防护层和下致密防护层的孔隙率≤5%；

5、所述缓冲隔热芯层的孔隙率为30~50%；

6、所述上梯度过渡层和下梯度过渡层的孔隙率沿厚度方向从5%梯度递增至30~50%。

7、一种上述梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤1、梯度胶液配制：

9、分别配制固含量为30~45%的致密层胶液、固含量为20~30%的过渡层胶液和固含量为10~20%的多孔层胶液；

10、步骤2、梯度涂布与预干燥：

11、步骤2、梯度涂布与预干燥：

12、步骤2-1、在离型膜上涂布致密层胶液，60~80℃预干燥至表干，得到上致密防护层；

13、步骤2-2、将致密层纤维布铺覆于上致密防护层上，施加压力使纤维布嵌入胶层；

14、步骤2-3、在致密层纤维布上涂布过渡层胶液，控制涂布量使胶液浸润纤维布厚度的50~80%，60~80℃预干燥，得到上梯度过渡层；

15、步骤2-4、在上梯度过渡层上铺覆过渡层纤维布；

16、步骤2-5、在过渡层纤维布上涂布多孔层胶液，控制涂布量使胶液浸润纤维布厚度的30~50%，60~80℃预干燥，得到缓冲隔热芯层；

17、步骤2-6、重复步骤2-5至达到所需缓冲隔热芯层厚度；

18、步骤2-7、在缓冲隔热芯层上铺覆过渡层纤维布，在过渡层纤维布上涂布过渡层胶液，控制涂布量使胶液浸润纤维布厚度的50~80%，60~80℃预干燥，得到下梯度过渡层；

19、步骤2-8；在下梯度过渡层上铺覆致密层纤维布，在致密层纤维布涂布致密层胶液，控制涂布量使胶液浸润纤维布厚度的50~80%，60~80℃预干燥，得到下致密防护层；

20、步骤3、梯度硫化定型：

21、将步骤2得到的叠层体置于平板硫化机中，采用分段加压升温硫化工艺进行梯度硫化定型：第一阶段：低压0.5~2mpa、低温100~120℃，保持5~10分钟；第二阶段：中压3~5mpa、中温140~160℃，保持10~15分钟；第三阶段：高压8~12mpa、高温170~190℃，保持15~25分钟；

22、步骤4、梯度冷却与后处理：

23、采用分段冷却，先慢冷至100℃，再快冷至室温；经裁边、表面处理、检验、包装。

24、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

25、（1）梯度结构设计创新：首次在氟橡胶/纤维复合材料中引入孔隙率梯度分布和功能填料梯度分布结构，实现了表面致密防护与内部多孔缓冲隔热的性能分区，克服了传统均匀结构难以同时兼顾致密防护与缓冲隔热的难题。

26、（2）混杂纤维增强创新：采用玻璃纤维/芳纶纤维/碳纤维的混杂增强体系，充分发挥不同纤维的协同增强效应，在保持耐高温性的同时显著提升了韧性、抗冲击性和尺寸稳定性。

27、（3）梯度硫化工艺创新：开发了分段加压升温的梯度硫化工艺，实现了不同孔隙率层在同一工艺过程中的同步成型和层间化学键合，工艺简单可控，适合规模化生产。

28、（4）综合性能显著提升：与现有技术相比，使用寿命提升50%以上，从800次提升至1200次以上；耐温等级提升50~100℃，从280℃提升至300~400℃；缓冲性能提升30%以上；同时解决了表面掉屑和粘板问题。

29、（5）性能可设计性强：通过调整梯度参数，包括各层厚度比例、孔隙率梯度、纤维混杂比例、填料梯度分布，可针对不同应用场景进行性能定制，应用范围广泛。

1.一种梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述复合板沿厚度方向依次包括上致密防护层、上梯度过渡层、缓冲隔热芯层、下梯度过渡层和下致密防护层，其中：

2.根据权利要求1所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述上致密防护层和下致密防护层的厚度各占总厚度的10~20%，上梯度过渡层和下梯度过渡层的厚度各占总厚度的15~25%，缓冲隔热芯层的厚度占总厚度的30~50%。

3.根据权利要求1所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述上致密防护层和下致密防护层由致密层胶液和致密层纤维布制成，缓冲隔热芯层由多孔层胶液和芯层纤维布制成，上梯度过渡层和下梯度过渡层由过渡层胶液和过渡层纤维布制成。

4.根据权利要求3所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述致密层胶液、多孔层胶液和过渡层胶液均由氟橡胶基胶、硫化体系和功能填料制成，沿厚度方向功能填料的种类和含量呈梯度分布：上致密防护层和下致密防护层中功能填料为耐磨填料和抗氧化剂，含量为5~15phr；上梯度过渡层和下梯度过渡层中功能填料为导热/隔热过渡填料，含量为3~10phr；缓冲隔热芯层中功能填料为隔热填料和增强回弹纳米填料中的一种，含量为10~30phr。

5.根据权利要求3所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述致密层纤维布、芯层纤维布和过渡层纤维布为纤维增强体系。

6.根据权利要求5所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述过渡层纤维布采用玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维中的两种或以上混杂编织结构，混杂方式为层间混杂或层内混杂。

7.根据权利要求5所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板，其特征在于所述致密层纤维布和芯层纤维布采用玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维中的一种。

8.一种权利要求1-7任一项所述梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的梯度结构氟橡胶混杂纤维复合板的制备方法，其特征在于所述步骤3中，梯度硫化定型条件为：第一阶段：低压0.5~2mpa、低温100~120℃，保持5~10分钟；第二阶段：中压3~5mpa、中温140~160℃，保持10~15分钟；第三阶段：高压8~12mpa、高温170~190℃，保持15~25分钟。