发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有低密度、良好的耐热性能、机械性能及环保性的树脂基纤维复合材料。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种低密度复合材料，含有以下重量份的组分：液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂5～20份、高沸点活性交联剂15～35份、环氧固化剂0.1～0.5份、过氧化物引发剂0.5～3.0份、阻聚剂0.01～0.05份、纳米金属氧化物2～7份、偶联剂0.15～0.35和麻纤维100～180份。

优选地，所述复合材料含有以下重量份的组分：液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂6～18份、活性交联剂20～35份、环氧固化剂0.2～0.5份、过氧化物引发剂1.0～3.0份、阻聚剂0.02～0.05份、纳米金属氧化物3～7份、偶联剂0.2～0.35和麻纤维110～160份。

进一步优选，所述复合材料含有以下重量份的组分：液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂8～15份、活性交联剂20～35份、环氧固化剂0.2～0.3份、过氧化物引发剂1.5～3.0份、阻聚剂0.02～0.04份、纳米金属氧化物3～5份、偶联剂0.2～0.3和麻纤维120～150份。

更进一步优选，所述复合材料含有以下重量份的组分：液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂8～15份、活性交联剂20～35份、环氧固化剂0.2～0.3份、过氧化物引发剂2.0～3.0份、阻聚剂0.03～0.04份、纳米金属氧化物3～5份、偶联剂0.2～0.3和麻纤维130～150份。

效果较佳，所述复合材料含有以下重量份的组分：液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂12～15份、活性交联剂20～35份、环氧固化剂0.25～0.3份、过氧化物引发剂2.0～3.0份、阻聚剂0.03～0.04份、纳米金属氧化物4～5份、偶联剂0.25份和麻纤维140～150份。

效果较佳，所述复合材料含有以下重量份的组分：液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂15份、活性交联剂20份、环氧固化剂0.3份、过氧化物引发剂2.0份、阻聚剂0.03份、纳米金属氧化物5份、偶联剂0.25份和麻纤维150份。

上述复合材料中：

所述液体聚丁二烯树脂中含65％～95％(重量)的1,2-聚丁二烯，其余部分的聚丁二烯是环化聚丁二烯或1,4-聚丁二烯。

所述环氧化聚丁二烯树脂选用分子量800～900的低粘度环氧化聚丁二烯树脂；

所述活性交联剂为高沸点活性交联剂，具体为双环戊二烯丙烯酸酯、双环戊二烯甲基丙烯酸酯、间苯二甲酸二烯酸酯、间苯二甲酸二烯丙酯、偏苯三酸三烯丙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的一种或几种混合物，优选为双环戊二烯丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

所述环氧固化剂为有机脲类环氧固化剂，优选的，所述固化剂为粒径5-20μm微粉化芳香族脲。

所述过氧化物引发剂为过氧化苯甲酸特丁酯、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酰或过氧化苯甲酰乙酰等，优选的，过氧化物引发剂为二叔丁基过氧化氢或过氧化二异丙苯。

所述阻聚剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、对苯二酚甲基乙醚、对苯二酚、甲基对苯二酚或特丁基对苯二酚等，优选，所述阻聚剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚或对苯二酚甲基乙醚。

所述纳米金属氧化物为纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、纳米氧化锌和纳米二氧化钛中的一种或两种以上混合物。

所述偶联剂为含环氧基团硅烷偶联剂。

所述麻纤维为从各种麻类植物中取得的纤维，包括苎麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维、剑麻纤维、椰纤维。优选地，所述麻纤维为苎麻纤维、剑麻纤维、亚麻纤维或大麻纤维。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)按照原料称取各成分，液体聚丁二烯树脂、环氧化聚丁二烯树脂混合加热至70-90℃，充分搅拌后，加入活性交联剂、环氧固化剂搅拌反应20-30min；

2)降温至50℃以下，加入过氧化物引发剂、阻聚剂、纳米金属氧化物和偶联剂充分搅拌均匀，加入麻纤维，浸润后制得预浸料；

3)将制备得到的预浸料于125-155℃模具中压制固化5-15min。

优选地，所述方法包括以下步骤：

1)按照原料称取各成分，液体聚丁二烯树脂、环氧化聚丁二烯树脂混合加热至80-90℃，充分搅拌后，加入活性交联剂、环氧固化剂搅拌反应25-30min；

2)降温至50℃以下，加入过氧化物引发剂、阻聚剂、纳米金属氧化物和偶联剂充分搅拌均匀，加入麻纤维，浸润后制得预浸料；

3)将制备得到的预浸料于125-155℃模具中压制固化5-15min。

本发明提供的低密度复合材料主要应用于相关需要减轻重量的复合材料制品包括新能源汽车领域用复合材料制品、轨道交通领域复合材料制品等。

本发明具有下列优点：

1、本发明提供的低密度复合材料材料中：

1)液体聚丁二烯树脂是一种特殊的树脂品种，具有很多特点，密度0.86-0.91g/cm³的之间，比不饱和聚酯树脂、环氧树脂等大多数热固性树脂的密度都小。以1,2-聚丁二烯结构为主的聚丁二烯树脂具有不饱和双键可以固化成坚韧的固化物，其乙烯基官能团具有反应性，具有不饱和聚酯树脂类似的工艺操作性。固化聚丁二烯树脂具有优异的电性能，良好的耐化学、耐水、耐潮气、耐气候性能、耐热性能和机械性能，层压材料具有突出的抗冲性能。

使用的液体聚丁二烯树脂中，当1,2-聚丁二烯的含量小于65％，则树脂过软，将会损失硬度、机械强度；如果含量大于95％，则树脂的粘度过大使用不方便。为此，本发明优选的聚丁二烯树脂是含65wt％～95wt％1,2-聚丁二烯的液体树脂。

2)环氧化聚丁二烯树脂，由于分子结构中除含有环氧基、羟基外，还含有不饱和键，因此不仅通常的环氧固化剂能使其固化，而且含双键单体在过氧化物引发下也可与其进行交联反应。环氧化聚丁二烯树脂固化产物具有优异的性能，热变形温度最高可达250℃。环氧化聚丁二烯树脂一方面环氧基团改善基体树脂与纤维的界面粘结性能，另一方面双键基团通过与聚丁二烯树脂中双键交联反应。环氧化聚丁二烯树脂用量为5～20重量份，如果低于5重量份改善界面粘结效果不明显，如果超过20重量份则可能会导致其他问题。所述环氧化聚丁二烯树脂为分子量800～900低粘度树脂，分子量过大则树脂粘度太高，影响使用工艺。

3)麻纤维是指从各种麻类植物中取得的纤维的总称。从各种麻类植物取得的纤维，包括一年生或多年生草本双子叶植物皮层的韧皮纤维和单子叶植物的叶纤维。韧皮纤维作物主要有苎麻、黄麻、青麻、大麻(汉麻)、亚麻、耶纤维等。所有麻纤维均为纤维素纤维，基本化学成份是纤维素，其他还有果胶质、半纤维素、木质素、脂肪蜡质等非纤维物质，它们均与纤维素伴生在一起。各种麻纤维的化学成分中纤维素含量在75％左右。麻纤维密度在1.3-1.5g/cm³之间，只有玻璃纤维密度2.5g/cm³的60％左右。

4)活性交联剂选用的是高沸点活性交联剂，用量为15～35重量份，如果低于15重量份树脂粘度会过高影响树脂的使用工艺，超过35重量份则会使复合材料性能降低。

5)过氧化物引发剂具有分解温度中等，使用寿命长及固化性能好等特点。引发剂用量约0.5～3.0重量份，如果引发剂低于0.5重量份，可能无法完全固化，如果超过3.0重量份，则影响材料稳定性，可能在储存中发生凝胶。

6)阻聚剂中，优选为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，具有最佳阻聚效果。阻聚剂用量约0.01～0.05重量份，如果阻聚剂低于0.01重量份，材料储存时可能凝胶，如果使用超过约0.05重量份，凝胶时间过长，成型过程中树脂易流失，影响产品性能。

环氧固化剂，优选粒径5-20μm微粉化芳香族有机脲，具有良好的树脂混溶性及优异的固化效果。固化剂用量0.2～0.5重量份，如果使用量低于0.2重量份，环氧树脂固化交联密度不足固化物机械强度低，如果使用量超过0.5重量份，树脂反应过快，影响固化物性能。

偶联剂，优选为含环氧基团硅烷偶联剂，环氧基团硅烷偶联剂可以使树脂基体和金属氧化物及纤维之间形成良好的复合材料界面，改善复合材料的机械性能。

复合材料的耐热性主要由树脂基体的耐热性决定，本发明中液体聚丁二烯树脂主要含量为1,2-聚丁二烯结构，一方面具有橡胶材料的冲击韧性，另一方面，由于其可以与其它含双键树脂/单体交联反应，实际上是热固性树脂，通过与活性交联剂反应，其固化物具有良好的耐热性能。另外，环氧化聚丁二烯树脂，固化物具有良好冲击强度、弯曲强度和耐热性，可以增加复合材料耐热性及提高机械性能。

2、发明人通过文献得知麻纤维有密度低、阻燃性能高等优点(梅皓然等，汽车内饰件用麻纤维板与玻纤板性能的比较，汽车工艺与材料，2015年第7期，56页)，基于麻纤维的优势，试图用麻纤维替换玻璃纤维，但是在单独使用麻纤维时，不易成型，限制了其适用范围，因此对其进行了系列改进：

首先，树脂的筛选，聚氨酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、乙烯基树脂等进行了筛选，发现：与聚氨酯树脂组合时，机械性能如韧性不足，冲击强度差，拉伸强度偏低；与环氧树脂组合时，弯曲强度好，拉伸强度较好，冲击韧性一般，密度高，成型工艺较复杂；与有机硅树脂组合时，弯曲强度低，纤维与树脂界面结合较差，即便增加了偶联剂也不能改进其结合；与乙烯基树脂组合时，弯曲强度较好，冲击韧性一般，密度较高一些；与聚丁二烯树脂组合时，各种机械性能会略有增加，且对密度影响较小……，因此，最终选择聚丁二烯树脂；

第二，由于聚丁二烯分子链结构而导致其粘结性偏低，即使使用偶联剂，与麻纤维的复合材料界面也会差一些，冲击强度会降低较多，为了增强其粘性，发明人尝试在里面加入环氧树脂(胶黏剂首选)，且其配比关系很关键，如前所述，最终限定液体聚丁二烯树脂100份、环氧化聚丁二烯树脂5～20份。

第三，通过偶联剂中环氧基实现基体树脂与植物纤维之间形成良好的界面过渡层，实现复合材料良好的整体性能。

3、本发明环保性能好，复合材料的环保性包括加工成型过程中原材料VOC排放量以及对操作人员健康影响。本发明配方从原材料上极大地避免VOC的产生，一方面聚丁二烯及环氧化聚丁二烯树脂的VOC含量极低，另一方面，选用高沸点烯丙基结构活性交联剂，其VOC排放也很低。复合材料中常用的增强纤维如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等或多或少都会存在部分人员接触后皮肤过敏的问题，本发明中常用的植物纤维则操作人员基本不存在过敏问题，实现真正的环保性。

4、本发明提供的复合材料，通过采用特定配方制作，具有低密度、机械性能好、韧性好等优点。