1.本发明涉及复合板材制备技术领域，尤其涉及一种耐温抗冲击高分子复合板材及其加工工艺。
背景技术：
2.在现有技术中，常见的高分子复合板材主要由热固性树脂(如环氧树脂、酚醛树脂等)和增强纤维(如玻璃纤维、碳纤维等)组成，这些复合板材具有较高的强度和刚度、良好的耐腐蚀性和绝缘性等优点，广泛应用于航空航天、建筑、运输、电子电器等领域。
3.然而，传统的高分子复合板材在耐高温、抗冲击和耐磨方面的性能仍有待提高。由于热固性树脂在高温环境中易发生热降解和老化，导致复合板材的机械性能和稳定性下降。此外，尽管增强纤维可以提高复合板材的强度和刚度，但往往会降低其抗冲击性能，导致复合板材在遭受外力冲击时容易产生开裂和断裂。再者，由于高分子复合板材的硬度相对较低，其表面容易受到磨损和划伤，影响复合板材的使用寿命和美观性。
4.为了解决上述问题，研究人员曾尝试通过优化热固性树脂的类型和配比、增加增韧剂或耐磨剂等方式来改善高分子复合板材的性能，然而，这些方法往往只能提高复合板材的某一方面性能，而且优化过程复杂，难以实现在保证复合板材的基本性能的同时，全面提高其耐高温、抗冲击和耐磨性能。
5.因此，如何在简化复合板材的制备工艺的同时，全面提高其耐高温、抗冲击和耐磨性能，是当前高分子复合板材研究的重要方向。
技术实现要素：
6.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种耐温抗冲击高分子复合板材及其加工工艺，以解决如何提高复合板材的耐高温、抗冲击和耐磨性能问题。
7.基于上述目的，本发明提供了一种耐温抗冲击高分子复合板材及其加工工艺。
8.一种耐温抗冲击高分子复合板材，包括基板、强化层和表面防护层，其中，
9.所述基板由耐高温聚合物和固化剂混合而成；
10.所述强化层由增韧剂和抗冲击强化纤维混合而成；
11.所述表面防护层由抗磨剂和防护纤维混合而成。
12.进一步的，所述耐高温聚合物选择为聚醚酮或者聚醚砜，所述聚醚酮或者聚醚砜可在高温环境下保持良好的机械性能和化学稳定性。
13.进一步的，所述固化剂选择为双酚a型环氧树脂，双酚a型环氧树脂可提高基板的硬度和耐磨性，还提高板材在高温环境下的稳定性，进一步提升其抗冲击性能。
14.进一步的，所述增韧剂选择为聚苯乙烯弹性体，该增韧剂可提升复合板材的抗冲击强度和延性，聚苯乙烯弹性体和聚醚酮或聚醚砜具有良好的相容性，可确保复合板材的整体性能稳定，增强其在复杂环境下的应用性能。
15.进一步的，所述抗冲击强化纤维选择为碳纤维或者玻璃纤维，所述碳纤维或者玻
璃纤维均有强大的增强效果在一定程度上改善复合板材的热膨胀性能，使其在热冲击条件下具有良好的稳定性，进一步增强复合板材的适用范围和使用寿命。
16.进一步的，所述抗磨剂选择为氧化铝或者氮化硅，所述氧化铝或者氮化硅可有效提高表面防护层的耐磨性，保护复合板材，减少其磨损，延长其使用寿命，这为复合板材在高温、高磨损环境中的应用提供了可能。
17.进一步的，所述防护纤维选择为聚对苯二甲酸乙二酯纤维，该纤维可以提升表面防护层的耐磨性和抗冲击性，通过将pet纤维加入到复合板材的表面防护层中，可以使复合板材在保持优秀的耐温抗冲击性能的同时，更具耐磨性和耐刮性，从而提升复合板材的使用寿命和性能稳定性。
18.一种耐温抗冲击高分子复合板材的加工工艺，包括以下步骤：
19.步骤一：使用耐高温聚合物和固化剂，混合后成为基板；
20.步骤二：将增韧剂和抗冲击强化纤维混合，形成强化层；
21.步骤三：混合抗磨剂和防护纤维，制得表面防护层；
22.步骤四：按照基板-强化层-表面防护层的顺序层压，并进行高温压制固化。
23.进一步的，所述步骤一中的耐高温聚合物选择为聚醚酮，固化剂选择为双酚a型环氧树脂，所述步骤四中的高温压制固化的温度为180-220℃，压力为5-10mpa，时间为30-60分钟。
24.进一步的，所述步骤四中，在压制固化前在强化层和表面防护层之间加入一层热塑性树脂，以提高复合板材的抗冲击性。
25.本发明的有益效果：
26.本发明，综合性能提升：采用特定的高温稳定性高的聚合物作为基材，结合强化纤维层、抗冲击增韧层以及表面防护层，全方位提升了复合板材的性能。与传统复合板材相比，不仅提高了耐温性、抗冲击性和耐磨性，还保持了良好的耐腐蚀性和电绝缘性。
27.本发明，通过对材料选择、复合工艺的优化，简化了复合板材的制备过程，提高了生产效率，降低了制备成本，尤其是设定了特定的温度、压力和时间条件，有利于控制复合板材的性能和质量，优化工艺。
28.本发明，利用了常见的高温聚合物、固化剂、强化纤维、增韧剂和抗磨剂，实现了对现有材料的有效利用和价值提升，降低了材料的采购成本和使用难度。
29.本发明，通过调整各层的材料和复合条件，可以根据不同的应用需求，调制出具有不同性能特点的复合板材，增强了产品的灵活性和通用性，并且因其优异的性能，可以广泛应用于航空航天、汽车、电子电器、建筑、体育设备等领域，有广阔的市场前景和社会经济效益。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例的工艺流程示意图；
32.图2为本发明实施例的复合板材组成示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
34.需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
35.如图1-2所示，一种耐温抗冲击高分子复合板材，包括基板、强化层和表面防护层，其中，
36.基板由耐高温聚合物和固化剂混合而成；
37.强化层由增韧剂和抗冲击强化纤维混合而成；
38.表面防护层由抗磨剂和防护纤维混合而成。
39.这三层的特殊组合赋予了板材在高温环境下保持稳定性能，尤其是抗冲击性能。
40.耐高温聚合物选择为聚醚酮或者聚醚砜，聚醚酮或者聚醚砜可在高温环境下保持良好的机械性能和化学稳定性，聚醚酮是一种半结晶性热塑性聚合物，具有优异的机械性能，化学稳定性，以及电性能，可以在长期高温下保持良好的性能，而聚醚砜是一种有机硫醚材料，以其卓越的耐高温性能和优良的电绝缘性能，被广泛应用于电子电器、汽车、航空等高端领域，在本发明中，聚醚酮或聚醚砜作为耐高温聚合物，能够使得复合板材在高温环境下保持出色的机械性能和抗冲击性，以满足高温环境下的使用需求。
41.固化剂选择为双酚a型环氧树脂，双酚a型环氧树脂可提高基板的硬度和耐磨性，双酚a型环氧树脂是一种广泛应用的热固性树脂，具有出色的耐化学品性、耐水性、耐热性以及优异的粘接力，其分子内含有两个以上的环氧基团，因此具有较高的交联密度，能够为复合板材提供良好的硬度和耐磨性，更重要的是，双酚a型环氧树脂对聚醚酮或聚醚砜有极好的亲和性，可以与其混合成为稳定且性能优异的基板，固化剂在复合板材中的添加，可有效提高板材在高温环境下的稳定性，进一步提升其抗冲击性能。
42.增韧剂选择为聚苯乙烯弹性体，该增韧剂可提升复合板材的抗冲击强度和延性，聚苯乙烯弹性体是一种热塑性弹性体，由硬段苯乙烯和软段聚丁腈交替共聚而成，其结构中既有刚性的苯环结构，也有柔性的聚丁腈链段，这使得其具有出色的弹性和柔韧性，在复合板材中，聚苯乙烯弹性体作为增韧剂，可以显著提高复合板材的抗冲击强度和延性，增强复合板材在遭受冲击载荷时的耐久性和安全性，聚苯乙烯弹性体的添加，也优化了复合板材的耐温性能，使其在高温环境下保持良好的机械性能，而且，聚苯乙烯弹性体和聚醚酮或聚醚砜具有良好的相容性，可确保复合板材的整体性能稳定，增强其在复杂环境下的应用性能。
43.抗冲击强化纤维选择为碳纤维或者玻璃纤维，碳纤维或者玻璃纤维均有强大的增强效果，碳纤维和玻璃纤维都是目前广泛应用于复合材料领域的高性能增强纤维，碳纤维因其高强度、高刚性、低密度、高耐热性以及优异的耐化学腐蚀性，已经在许多高端领域中取得广泛应用，同样，玻璃纤维也因其高强度、耐腐蚀性好、成本较低等优点，在许多领域得到了广泛的应用，在本发明的复合板材中，碳纤维或玻璃纤维作为抗冲击强化纤维，可以大幅提升复合板材的抗冲击性能，同时保持良好的耐温性能，更重要的是，碳纤维和玻璃纤维在强化层中的加入，可在一定程度上改善复合板材的热膨胀性能，使其在热冲击条件下具有良好的稳定性，进一步增强复合板材的适用范围和使用寿命。
44.抗磨剂选择为氧化铝或者氮化硅，氧化铝或者氮化硅可有效提高表面防护层的耐磨性，氧化铝是一种高熔点、高硬度的无机氧化物，具有优异的耐磨性和化学稳定性，能够在高温下保持良好的性能，而氮化硅是一种超硬材料，其硬度仅次于金刚石，且在高温环境下仍保持良好的稳定性和耐磨性，在本发明的复合板材中，氧化铝或氮化硅作为抗磨剂，通过其强大的硬度和耐磨性能，可以显著提高复合板材表面防护层的耐磨性，从而提高复合板材的使用寿命，尤其是在高温、高磨损的环境中，这些抗磨剂能够有效地保护复合板材，减少其磨损，延长其使用寿命，这为复合板材在高温、高磨损环境中的应用提供了可能。
45.防护纤维选择为聚对苯二甲酸乙二酯纤维，该纤维可以提升表面防护层的耐磨性和抗冲击性，pet纤维是一种性能优良的合成纤维，具有良好的耐磨性、抗拉强度和抗冲击性。聚对苯二甲酸乙二酯纤维在合成纤维中具有较高的硬度和刚性，这使得其能够在复合板材中有效提升表面防护层的硬度和耐磨性。在表面防护层中，pet纤维还能够提升复合板材的抗冲击性和耐刮性，使复合板材在面对冲击和刮擦时更具耐久性。同时，pet纤维还具有优良的耐热性和化学稳定性，使得复合板材在高温和化学腐蚀环境下仍能保持稳定的性能。综上，通过将pet纤维加入到复合板材的表面防护层中，可以使复合板材在保持优秀的耐温抗冲击性能的同时，更具耐磨性和耐刮性，从而提升复合板材的使用寿命和性能稳定性。
46.一种耐温抗冲击高分子复合板材的加工工艺，包括以下步骤：
47.步骤一：使用耐高温聚合物和固化剂，混合后成为基板；
48.步骤二：将增韧剂和抗冲击强化纤维混合，形成强化层；
49.步骤三：混合抗磨剂和防护纤维，制得表面防护层；
50.步骤四：按照基板-强化层-表面防护层的顺序层压，并进行高温压制固化
51.步骤一中的耐高温聚合物选择为聚醚酮，固化剂选择为双酚a型环氧树脂，步骤四中的高温压制固化的温度为180-220℃，压力为5-10mpa，时间为30-60分钟。
52.步骤四中，在压制固化前在强化层和表面防护层之间加入一层热塑性树脂，以提高复合板材的抗冲击性。
53.下面结合具体实施例进一步说明本发明的具体实施方式，但并不限制本发明的保护范围：
54.实施例1：
55.在此实施例中，基材层是由耐高温聚合物聚醚酮和固化剂双酚a型环氧树脂在180℃的温度下，压力为5mpa的环境中混合制成，时间为30分钟，以保证基材在高温环境下的稳定性，强化层采用的碳纤维以200℃的温度，压力为2mpa的条件下进行浸渍处理，时间为20
分钟，提高复合板材的强度和抗冲击性能，抗冲击增韧层采用的聚苯乙烯弹性体在270℃的温度，压力为4mpa的环境中与基材层进行复合，时间为40分钟，以增强复合板材的抗冲击强度和延性。表面防护层使用氧化铝作为抗磨剂和pet纤维作为防护纤维，在150℃的温度，压力为1mpa的条件下进行涂布和固化，时间为15分钟，以增强复合板材的耐磨性和抗刮性。
56.加工工艺如下：
57.步骤一：使用聚醚酮和双酚a型环氧树脂，混合后成为基板；
58.步骤二：将聚苯乙烯弹性体和碳纤维混合，形成强化层；
59.步骤三：混合氧化铝和聚对苯二甲酸乙二酯纤维，制得表面防护层；
60.步骤四：按照基板-强化层-表面防护层的顺序层压，并进行高温压制固化。
61.实施例2：
62.与实施例1区别在于，本实施例，基材层是由耐高温聚合物聚醚砜和固化剂双酚a型环氧树脂在190℃的温度下，压力为6mpa的环境中混合制成，时间为40分钟，以保证基材在高温环境下的稳定性，强化层采用的玻璃纤维以200℃的温度，压力为2mpa的条件下进行浸渍处理，时间为20分钟，提高复合板材的强度和抗冲击性能，抗冲击增韧层采用的聚苯乙烯弹性体在270℃的温度，压力为4mpa的环境中与基材层进行复合，时间为40分钟，以增强复合板材的抗冲击强度和延性，表面防护层使用氮化硅作为抗磨剂和pet纤维作为防护纤维，在150℃的温度，压力为1mpa的条件下进行涂布和固化，时间为15分钟，以增强复合板材的耐磨性和抗刮性。
63.加工工艺如下：
64.步骤一：使用聚醚砜和双酚a型环氧树脂，混合后成为基板；
65.步骤二：将聚苯乙烯弹性体和玻璃纤维混合，形成强化层；
66.步骤三：混合氮化硅和聚对苯二甲酸乙二酯纤维，制得表面防护层；
67.步骤四：按照基板-强化层-表面防护层的顺序层压，并进行高温压制固化。
68.实施例3：
69.与实施例1区别在于，本实施例，基材层是由耐高温聚合物聚醚酮和固化剂双酚a型环氧树脂在205℃的温度下，压力为8.5mpa的环境中混合制成，时间为50分钟，以保证基材在高温环境下的稳定性，强化层采用的玻璃纤维以200℃的温度，压力为2mpa的条件下进行浸渍处理，时间为20分钟，提高复合板材的强度和抗冲击性能，抗冲击增韧层采用的聚苯乙烯弹性体在270℃的温度，压力为4mpa的环境中与基材层进行复合，时间为40分钟，以增强复合板材的抗冲击强度和延性，表面防护层使用氧化铝作为抗磨剂和pet纤维作为防护纤维，在150℃的温度，压力为1mpa的条件下进行涂布和固化，时间为15分钟，以增强复合板材的耐磨性和抗刮性。
70.加工工艺如下：
71.步骤一：使用聚醚酮和双酚a型环氧树脂，混合后成为基板；
72.步骤二：将聚苯乙烯弹性体和玻璃纤维混合，形成强化层；
73.步骤三：混合氧化铝和聚对苯二甲酸乙二酯纤维，制得表面防护层；
74.步骤四：按照基板-强化层-表面防护层的顺序层压，并进行高温压制固化。
75.实施例4：
76.与实施例1区别在于，本实施例，基材层是由耐高温聚合物聚醚酮和固化剂双酚a
型环氧树脂在220℃的温度下，压力为10mpa的环境中混合制成，时间为60分钟，以保证基材在高温环境下的稳定性，强化层采用的碳纤维以200℃的温度，压力为2mpa的条件下进行浸渍处理，时间为20分钟，提高复合板材的强度和抗冲击性能，抗冲击增韧层采用的聚苯乙烯弹性体在270℃的温度，压力为4mpa的环境中与基材层进行复合，时间为40分钟，以增强复合板材的抗冲击强度和延性，表面防护层使用氮化硅作为抗磨剂和pet纤维作为防护纤维，在150℃的温度，压力为1mpa的条件下进行涂布和固化，时间为15分钟，以增强复合板材的耐磨性和抗刮性。
77.加工工艺如下：
78.步骤一：使用聚醚酮和双酚a型环氧树脂，混合后成为基板；
79.步骤二：将聚苯乙烯弹性体和碳纤维混合，形成强化层；
80.步骤三：混合氮化硅和聚对苯二甲酸乙二酯纤维，制得表面防护层；
81.步骤四：按照基板-强化层-表面防护层的顺序层压，并进行高温压制固化。
82.这四个实施例均根据各自的温度、压力和时间条件进行，有效保证了复合板材的性能和稳定性。
·
83.以下根据各个实施例结合实验数据进行分析：
[0084][0085]
从耐温性来看，实施例2的复合板材的耐温性稍高于其他三种，这可能是因为使用了聚醚砜作为耐高温聚合物，它的热稳定性更强。
[0086]
在抗冲击强度方面，实施例3的复合板材表现最好，这可能是由于采用的玻璃纤维在冲击承受能力上优于碳纤维。
[0087]
在耐磨性能上，实施例4的复合板材的表现最优，这是因为氮化硅的硬度和耐磨性都优于氧化铝，使得表面防护层的耐磨性能更强。
[0088]
耐化学腐蚀性(根据浸泡后重量变化百分比来衡量，％)：
[0089][0090]
在酸、碱性环境下，所有实施例的重量变化均小于0.3％，表明复合板材具有优异
的耐酸碱性能，而在中性环境下，所有实施例的复合板材重量变化均为0％，说明复合板材具有极好的耐水性，实施例4在碱性环境下的性能最佳，这可能是由于氮化硅在碱性环境下具有较好的稳定性。
[0091]
热导率(w/m
·
k)：
[0092]
实施例热导率(w/m
·
k)实施例10.25实施例20.26实施例30.24实施例40.27
[0093]
在热导率方面，实施例4的热导率最高，这可能是由于氮化硅具有较高的热导率，有利于提高复合板材的热导性能，而实施例3的热导率略低，可能是由于玻璃纤维的热导率相对较低，这些数据表明，通过调整各个实施例的材料组成和制备工艺，我们可以调控复合板材的热导率，以满足不同的应用需求。
[0094]
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。