一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材及其制备方法与流程

1.本发明涉及蜂窝芯材制备技术领域，具体涉及一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材及其制备方法。


背景技术：

2.蜂窝芯材是一种低密度蜂窝状材料，用作夹芯结构的夹芯层，可以使用500多种不同的材料制造，主要的蜂窝芯材材料有铝合金、不锈钢、芳纶纸、牛皮纸、玻纤布、石墨纤维、塑料等，树脂含量约50％。蜂窝孔有多种不同形状，如六边形、矩形、增强形等。蜂窝芯材的性能取决于材料、孔格形状和尺寸等。蜂窝芯材在蜂窝夹芯结构中主要出现的破坏形式包括结构的横向剪切载荷、芯格内面板凹陷以及芯子局部压塌。为防止以上各种形式的损伤破坏，则必须尽可能选择比强度、比模量、抗压、抗弯、减振以及尺寸稳定性高的蜂窝增强体及树脂材料，综合考虑到应用环境的恶劣程度，蜂窝增强体材料的选择应进一步满足阻燃、低吸湿以及高湿态性能保持率。
3.现有普通芳纶蜂窝芯材能满足部分领域的性能需求，但芳纶本身具有的吸湿性高，吸湿后力学性能下降明显，抗冲击、减振、尺寸稳定性有待提高等问题，使其在特定恶劣环境中的使用存在安全系数低的现象，影响其整体耐久性以及使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服普通芳纶蜂窝芯材存在吸湿性高，吸湿后力学性能下降明显，抗冲击、减振以及尺寸稳定性能较差等问题，在特定恶劣环境中使用存在安全系数低的现象，影响其整体耐久性以及使用寿命的技术缺陷，提供一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材及其制备方法。本发明采用液晶聚芳酯作为蜂窝芯材材料，改善了普通芳纶蜂窝芯材的抗吸湿性能，同时提升了普通芳纶蜂窝芯材吸湿后的力学性能、抗冲击性能、减振性能、尺寸稳定性、安全系数、耐久性以及使用寿命。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
6.一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材的制备方法，采用涂胶机、热压机或热压罐、拉伸机、裁切机获得，包括如下步骤：
7.(1)准备100～300重量份的液晶聚芳酯复合布；
8.(2)在液晶聚芳酯复合布的合适位置上涂上25～100重量份的芯条胶，叠合、固化；
9.(3)对固化后的叠层液晶聚芳酯复合布进行拉伸定型；
10.(4)对拉伸定型后的液晶聚芳酯复合布进行浸胶、固化、切片，其中浸胶过程中浸渍胶的复合量为80～200重量份，制得液晶聚芳酯蜂窝芯材。
11.优选地，所述步骤(1)中，所述液晶聚芳酯复合布是经液晶聚芳酯织物与树脂复合制成的液晶聚芳酯复合布；所述液晶聚芳酯织物为平面二向织物、平面三向织物、三维立体织物中的任意一种，更优选为平面二向织物；所述平面二向织物进一步优选为平纹织物；所述树脂为耐高温环氧类、聚酰亚胺类、双马来酰亚胺类、聚四氟乙烯类中的任意一种，更优
选为聚酰亚胺类或双马来酰亚胺类；按重量份，所述液晶聚芳酯织物与所述树脂的配比为6∶4～19∶1，更优选为7∶3～9∶1。
12.优选地，所述步骤(1)中，所述液晶聚芳酯复合布的厚度为1mil～150mil，更优选为2mil～50mil，进一步优选为2mil～3mil；所述液晶聚芳酯复合布的定量为50g/m2～3000g/m2，更优选为60g/m2～500g/m2，进一步优选为60g/m2～75g/m2；所述液晶聚芳酯复合布的拉伸强度＞100mpa，更优选为＞200mpa，进一步优选为205～256mpa。
13.优选地，所述步骤(1)中，所述液晶聚芳酯复合布的制备工艺，包括如下步骤：将树脂在95℃下预热30min，胶膜机制膜，温度为95～100℃，热熔法复合，温度为105～115℃，制得液晶聚芳酯复合布。
14.优选地，所述步骤(2)中，所述芯条胶种类为酚醛类、耐高温环氧类、双马来酰亚胺类、氰酸脂类、芳杂环聚合物中的任意一种，更优选为酚醛类或双马来酰亚胺类。
15.优选地，所述步骤(2)中，所述固化工艺为：压力980kpa，温度70℃，保温保压1h，之后升温至160℃，保温保压2h。
16.优选地，所述步骤(3)中，所述拉伸定型工艺包括如下步骤：浸泡去离子水1～3h，在拉伸机上以25mm/min的拉伸速度拉伸至孔格设定尺寸，之后放入烘箱中，温度70℃，保温30min，之后升温至180℃，保温60min，烘燥定型。
17.优选地，所述步骤(4)中，所述浸渍胶种类为是酚醛类、环氧类、双马来酰亚胺类、氰酸脂、芳杂环聚合物中的任意一种，更优选为酚醛类或双马来酰亚胺类。
18.优选地，所述步骤(4)中，所述浸胶次数为5～6次。
19.优选地，所述步骤(4)中，所述固化工艺为温度75℃，保温2h，之后升温至175℃，保温2h。
20.优选地，所述步骤(4)中，所述液晶聚芳酯蜂窝芯材的规格为孔格边长为1.97～2.67mm、密度为80～90kg/m3的正六边形。
21.更优选地，所述步骤(4)中，所述液晶聚芳酯蜂窝芯材的规格为孔格边长为1.97mm、密度为90kg/m3的正六边形。
22.更优选地，所述步骤(4)中，所述液晶聚芳酯蜂窝芯材的规格为孔格边长为2.22mm、密度为80kg/m3的正六边形。
23.更优选地，所述步骤(4)中，所述液晶聚芳酯蜂窝芯材的规格为孔格边长为2.38mm、密度为90kg/m3的正六边形。
24.更优选地，所述步骤(4)中，所述液晶聚芳酯蜂窝芯材的规格为孔格边长为2.67mm、密度为80kg/m3的正六边形。
25.一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材，采用如上所述的一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材的制备方法制备得到。
26.所述蜂窝芯材由液晶聚芳酯复合布以及树脂经涂胶、叠合、固化、拉伸定型、浸胶、固化以及切片制成。
27.一种阻燃低吸湿液晶聚芳酯蜂窝芯材，包括如下组分：液晶聚芳酯复合布100～300重量份、芯条胶25～100重量份、浸渍胶80～200重量份。
28.本发明的基本原理：
29.热致液晶聚芳酯是一种通过酯键连接的高分子，其可通过熔融纺丝法获得液晶聚
芳酯纤维，进一步地通过热处理获得具有高强高模，优异耐高温、耐低温、阻燃、耐化学腐蚀性能、低吸湿性、耐候性以及尺寸稳定性的高性能纤维。液晶聚芳酯纤维可通过编织、织造与非织造等方式获得不同形式的制品，应用于航空航天、军事、海洋、电子电气、安全防护、绳缆、光电缆、运动器械等领域。
30.蜂窝芯材结构起源于仿生学，经过自然界中六边形蜂窝结构的启发而大量出现在各领域的结构设计中。蜂窝芯材材料主要有芳纶纸、铝合金以及玻纤布等材料，结构多为等边六边形。以蜂窝芯材作为夹层的复合材料，其相关力学性能与等厚度实心板相差不大，甚至更高，但其重量却只有实心板的1/3甚至更轻质，蜂窝芯材结构稳定，不易变形，不易断裂，具有更优越的减振、隔音、隔热、耐火等优点。
31.本发明将液晶聚芳酯材料引入蜂窝芯材中作为增强体材料，赋予其极佳的比强度、比模量、抗压、抗弯、超轻型、耐高低温、阻燃、耐化学腐蚀、抗湿、耐候以及尺寸稳定等一系列特性，尤其是液晶聚芳酯材料超高吸湿强度保持率的材料特性使得本发明制成的蜂窝芯材更适合应用于露天、湿热等恶劣环境，为航空航天、军事、电子电气、海洋等领域提供新的选择。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.本发明以液晶聚芳酯为增强体，制成的蜂窝能够使蜂窝芯材具有阻燃性能，并改善了普通芳纶蜂窝芯材吸湿后力学性能下降明显的问题，同时提升了普通芳纶蜂窝芯材的抗冲击性能、减振性能、尺寸稳定性、安全系数、耐久性以及使用寿命。
具体实施方式
34.为了更好地理解本发明的内容，下面结合具体实施例作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于对本发明进一步说明，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容后，该领域的技术人员对本发明作出一些非本质的改动或调整，仍属于本发明的保护范围。
35.实施例1
36.以厚度为2mil的液晶聚芳酯复合布为增强体，制备孔格边长为2.22mm、密度为80kg/m3(2.22-80规格)的正六边形液晶聚芳酯蜂窝芯材，包括如下步骤：
37.(1)将7.8kg液晶聚芳酯平纹织物与2.2kg双马来酰亚胺树脂进行复合，具体工艺包括树脂预热(95℃，30min)，胶膜机制膜(95～100℃)，热熔法复合(105～115℃)制得液晶聚芳酯复合布；所述液晶聚芳酯复合布的定量为60g/m2；所述液晶聚芳酯复合布的拉伸强度为205mpa；
38.(2)在6kg液晶聚芳酯复合布上涂上1.5kg改性酚醛树脂，叠合，固化(压力：980kpa，温度：70℃，1h；160℃，2h)；
39.(3)对固化后的叠层液晶聚芳酯复合布进行拉伸定型，拉伸定型工艺包括浸泡去离子水(3h)，拉伸机拉伸(25mm/min)至孔格设定尺寸，工装固定，置于烘箱(70℃，30min；180℃，60min)烘燥定型；
40.(4)对拉伸定型后的液晶聚芳酯复合布浸改性酚醛树脂5次，浸渍胶复合量为4.4kg，固化(75℃
×
2h，175℃
×
2h)，切片，制得液晶聚芳酯蜂窝芯材。
41.实施例2
42.以厚度为2mil的液晶聚芳酯复合布为增强体，制备孔格边长为1.97mm、密度为90kg/m3(1.97-90规格)的正六边形液晶聚芳酯蜂窝芯材，包括如下步骤：
43.(1)将7.8kg液晶聚芳酯平纹织物与2.2kg双马来酰亚胺树脂进行复合，具体工艺包括树脂预热(95℃，30min)，胶膜机制膜(95～100℃)，热熔法复合(105～115℃)制得液晶聚芳酯复合布；所述液晶聚芳酯复合布的定量为60g/m2；所述液晶聚芳酯复合布的拉伸强度为205mpa；
44.(2)在6kg液晶聚芳酯复合布上涂上1.5kg改性酚醛树脂，叠合，固化(压力：980kpa，温度：70℃，1h；160℃，2h)；
45.(3)对固化后的叠层液晶聚芳酯复合布进行拉伸定型，拉伸定型工艺包括浸泡去离子水(3h)，拉伸机拉伸(25mm/min)至孔格设定尺寸，工装固定，置于烘箱(70℃，30min；180℃，60min)烘燥定型；
46.(4)对拉伸定型后的液晶聚芳酯复合布浸改性酚醛树脂5次，浸渍胶复合量为4.4kg，固化(75℃
×
2h，175℃
×
2h)，切片，制得液晶聚芳酯蜂窝芯材。
47.实施例3
48.以厚度为3mil的液晶聚芳酯复合布为增强体，制备孔格边长为2.67mm、密度为80kg/m3(2.67-80规格)的正六边形液晶聚芳酯蜂窝芯材，包括如下步骤：
49.(1)将8.2kg液晶聚芳酯平纹织物与1.8kg双马来酰亚胺树脂进行复合，具体工艺包括树脂预热(95℃，30min)，胶膜机制膜(95～100℃)，热熔法复合(105～115℃)制得液晶聚芳酯复合布；所述液晶聚芳酯复合布的定量为75g/m2；所述液晶聚芳酯复合布的拉伸强度为256mpa；
50.(2)在7.5kg液晶聚芳酯复合布上涂上1.6kg涂改性酚醛树脂，叠合，固化(压力：980kpa，温度：70℃，1h；160℃，2h)；
51.(3)对固化后的叠层液晶聚芳酯复合布进行拉伸定型，拉伸定型工艺包括浸泡去离子水(3h)，拉伸机拉伸(25mm/min)至孔格设定尺寸，工装固定，置于烘箱(70℃，30min；180℃，60min)烘燥定型；
52.(4)对拉伸定型后的液晶聚芳酯复合布浸改性酚醛树脂6次，浸渍胶复合量为4.8kg，固化(75℃
×
2h，175℃
×
2h)，切片，制得液晶聚芳酯蜂窝芯材。
53.实施例4
54.以厚度为3mil的液晶聚芳酯复合布为增强体，制备孔格边长为2.38mm、密度为90kg/m3(2.38-90规格)的正六边形液晶聚芳酯蜂窝芯材，包括如下步骤：
55.(1)将8.2kg液晶聚芳酯平纹织物与1.8kg双马来酰亚胺树脂进行复合，具体工艺包括树脂预热(95℃，30min)，胶膜机制膜(95～100℃)，热熔法复合(105～115℃)制得液晶聚芳酯复合布；所述液晶聚芳酯复合布的定量为75g/m2；所述液晶聚芳酯复合布的拉伸强度为256mpa；
56.(2)在7.5kg液晶聚芳酯复合布上涂上涂1.6kg改性酚醛树脂，叠合，固化(压力：980kpa，温度：70℃，1h；160℃，2h)；
57.(3)对固化后的叠层液晶聚芳酯复合布进行拉伸定型，拉伸定型工艺包括浸泡去离子水(3h)，拉伸机拉伸(25mm/min)至孔格设定尺寸，工装固定，置于烘箱(70℃，30min；180℃，60min)烘燥定型；
58.(4)对拉伸定型后的液晶聚芳酯复合布浸改性酚醛树脂6次，浸渍胶复合量为4.8kg，固化(75℃
×
2h，175℃
×
2h)，切片，制得液晶聚芳酯蜂窝芯材。
59.对比例1
60.以厚度为2mil的某型号对位芳纶纸为增强体，制备孔格边长为2.22mm、密度为80kg/m3(2.22-80规格)的正六边形对位芳纶纸蜂窝芯材，包括如下步骤：
61.(1)在6kg对位芳纶纸上涂上1.5kg改性酚醛树脂，叠合，固化(压力：980kpa，温度：70℃，1h；160℃，2h)；
62.所述对位芳纶纸的定量为60g/m2；所述对位芳纶纸的拉伸强度为121mpa；
63.(2)对固化后的叠层对位芳纶纸进行拉伸定型，拉伸定型包括浸泡去离子水(3h)，拉伸机拉伸(25mm/min)至孔格设定尺寸，工装固定，置于烘箱(70℃，30min；180℃，60min)烘燥定型；
64.(3)对拉伸定型后的对位芳纶纸浸改性酚醛树脂5次，浸渍胶复合量为4.4kg，固化(75℃
×
2h，175℃
×
2h)，切片，制得对位芳纶纸蜂窝芯材。
65.对比例2
66.以厚度为3mil的某型号对位芳纶纸为增强体，制备孔格边长为2.38mm、密度为90kg/m3(2.38-90规格)的正六边形对位芳纶纸蜂窝芯材，包括如下步骤：
67.(1)在7.5kg对位芳纶纸上涂上1.6kg改性酚醛树脂，叠合，固化(压力：980kpa，温度：70℃，1h；160℃，2h)；
68.所述对位芳纶纸的定量为75g/m2；所述对位芳纶纸的拉伸强度为138mpa；
69.(2)对固化后的叠层对位芳纶纸进行拉伸定型，拉伸定型包括浸泡去离子水(1～3h)，拉伸机拉伸(25mm/min)至孔格设定尺寸，工装固定，置于烘箱(70℃，30min；180℃，60min)烘燥定型；
70.(3)对拉伸定型后的对位芳纶纸浸改性酚醛树脂6次，浸渍胶复合量为4.8kg，固化(75℃
×
2h，175℃
×
2h)，切片，制得对位芳纶纸蜂窝芯材。
71.效果实施例
72.表1为本发明实施例1～4制得的液晶聚芳酯蜂窝芯材与对比例1和2制得的对位芳纶纸蜂窝芯材的性能对比。
73.表1本发明实施例1～4制得的液晶聚芳酯蜂窝芯材与对比例1和2制得的对位芳纶纸蜂窝芯材的性能对比
[0074][0075]
其中，按照gb/t 14207-1993要求测试吸水量，按照gb/t 1453-2005测试平压强度、平压模量；按照gb/t 5454-1997测试阻燃效果。
[0076]
由表1可见，在相同恒温恒湿条件下，储存10d后，本发明实施例1～4制得的液晶聚芳酯蜂窝芯材的吸水量明显低于对比例1和2制得的对位芳纶纸蜂窝芯材，且平压强度及平压模量保持率均高于对位芳纶纸蜂窝芯材；另外本发明实施例1～4制得的液晶聚芳酯蜂窝芯材具有较好的阻燃效果。
[0077]
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。