一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法

2023-09-10 00:35:00 1

一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法
【專利摘要】本發明屬於複合材料預浸料製備領域，涉及一種具有增韌功能的熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法。本發明中將熱塑性樹脂增韌劑經靜電紡絲過程獲得直徑為100～5000nm的熱塑性樹脂超細纖維，並將該纖維直接噴淋在增強纖維織物表面，從而在纖維織物表面形成一層由無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維構成的增韌層，並通過熱軋過程使其與纖維織物粘附在一起構成一個整體，再將具有增韌功能的纖維織物產品與預浸料樹脂基體複合即製備成熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料產品。本發明工藝過程簡單易實施，並且可實現高韌性預浸料的連續化生產，大大提高了生產效率。
【專利說明】一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於複合材料預浸料製備領域，涉及一種具有增韌功能的熱塑性樹脂超細纖維膜增韌的預浸料製備方法。
【背景技術】
[0002]纖維增強樹脂基複合材料由於其比強度、比剛度較高、具有良好的抗疲勞斷裂性能、結構可設計性強、耐環境性能優越等特點，而成為繼鋁合金、鋼、鈦合金之後的第四大航空結構材料。在航空工業中，複合材料特別是碳纖維複合材料早已大量用於次承力件，目前在飛行器的機翼、機身等主承力件中也佔有越來越大的比重。此類材料的普遍缺陷是韌性較低，表現為抗低速衝擊損傷性能不佳，制約了其應用範圍的進一步拓展，因此提高複合材料的韌性，長期以來一直是該領域的研究熱點。
[0003]為解決此問題，已提出了多種改進措施，傳統的複合材料增韌方法廣泛採用熱塑性組分進行增韌，將改性劑熱塑性樹脂直接加入到樹脂基體中來達到增韌的目的，但這種方法可能會大幅增加樹脂基體的黏度，進而降低複合材料中間產品預浸料的工藝性能，如預浸料的手感黏性、可鋪覆性、固化工藝的寬容度等。
[0004]為獲得更加高效、合理的增韌方法，國內、外學者進行了大量的研究，目前應用較為成熟的增韌技術當屬由Cytec公司提出的層間增韌技術。層間增韌就是將韌性材料以某種形式插入複合材料層間，通過提高層間塑性區域來阻礙層間裂紋的擴展，進而提高複合材料的層間斷裂韌性和抗衝擊性能。中國專利ZL2006100993819將熱塑性薄膜鋪放在增強織物的層間以達到增韌之目的，其增韌複合材料的CAI得到顯著提高。層間增韌技術能夠大幅度提高複合材料的韌性關鍵在於層間增韌材料的選擇，隨著技術的進步，已經發展了多種形式的層間增韌材料，其中薄膜結構形式的層間增韌材料應用最為廣泛，但薄膜結構的層間增韌形式仍然存在著眾多問題，如熱塑性薄膜會限制在複合材料成型過程中氣泡的排除、層與層之間樹脂的再分配等。且傳統的層間增韌方法均是將增韌材料作為一個獨立的個體，經手工鋪放等方法插入到增強材料層間，工藝過程較為繁瑣，效率較低，並且增韌材料主要為熱塑性樹脂成分，可鋪覆性能較差，嚴重影響了複合材料製備過程中的工藝性倉泛。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是:提出一種可鋪覆性能好、透氣、透膠性好的熱塑性樹脂超細纖維膜增韌複合材料預浸料的製備方法。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007](I)選用熱塑性樹脂作為增韌劑，將熱塑性樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在80?100°C下乾燥I?2h，以除去其中的水分；
[0008](2)將乾燥後的熱塑性樹脂加入良溶劑，製備成熱塑性樹脂溶液；
[0009](3)將熱塑性樹脂溶液利用靜電紡絲方法噴灑在增強纖維織物表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層，增韌層面密度控制在5?30g/m2之間；
[0010](4)將表面負載有增韌層的增強纖維織物，經熱軋輥熱壓使增韌層與纖維織物構成一個整體，即增韌織物；
[0011](5)將增韌織物經過乾燥烘箱，將增韌層內的溶劑揮發完全；
[0012](6)將熱軋、乾燥後的纖維織物與預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使預浸料膠膜樹脂浸潤增強纖維織物，製備完成預浸料。
[0013]所述的增韌劑為下列熱塑性樹脂之一:聚醚醚酮、聚醚酮、聚碸、聚醚碸、熱塑性樹脂聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚苯醚、聚醯胺、聚烯烴。
[0014]所述的熱塑性樹脂超細纖維直徑控制在100?5000nm之間。
[0015]所述的纖維織物是玻璃纖維或碳纖維或芳綸纖維中的一種，其織造形式是單向織物或平紋織物或緞紋織物或斜紋織物或無緯布或非屈曲織物。
[0016]所述的預浸料膠膜基體為下列樹脂之一:環氧樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、雙馬來醯亞胺樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、聚醯亞胺樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、酚醛樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、苯並噁嗪樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、氰酸酯樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物。
[0017]所述的製備完成預浸料的上下表面有脫模紙、聚乙烯薄膜作為保護層。
[0018]本發明的優點是:
[0019]本發明提出的將熱塑性樹脂增韌劑經靜電紡絲過程獲得直徑為100?5000nm的熱塑性樹脂纖維，並將該纖維直接噴淋在增強纖維織物表面，從而在纖維織物表面形成一層由無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維構成的增韌層，並通過熱軋過程使其與纖維織物粘附在一起構成一個整體，再將具有增韌功能的纖維織物產品與預浸料樹脂基體複合即製備成熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料產品。本發明可大幅提高增韌預浸料的製備效率，並且可實現連續化工業生產。製備的高韌性預浸料的增韌結構為均勻的多孔結構，透氣性、透膠性能良好，不影響固化成型中的排氣過程，對層與層之間樹脂的再分配影響較小，並且增韌材料外層仍附有鋪覆性很好的熱固性樹脂成分，不影響預浸料的手感黏性、可鋪覆性等工藝性能。
[0020]該預浸料產品具有以下優點:首先，本發明採用靜電紡絲技術製備的熱塑性樹脂超細纖維直徑細，分布均勻，便於實現規模化生產；其次，該方法製備的預浸料產品採用超細纖維薄膜增韌，透氣、透膠性能良好，在保證優異的增韌的同時能有效地保證複合材料成型後的內部質量；再次，該方法製備的預浸料產品有較好的手感黏性、可鋪覆性，具有良好的工藝性能；並且，該高韌性預浸料製備技術實現了複合材料的增韌過程與增韌材料製備過程融為一體，提高了層間增韌複合材料的生產效率，極大降低了層間增韌複合材料過程中的人工成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發明生廣流程不意圖；
[0022]圖2是本發明產品結構示意圖。
【具體實施方式】[0023]下面對本發明做進一步詳細說明。本發明中，將熱塑性樹脂增韌劑經靜電紡絲過程獲得直徑為100?5000nm的熱塑性樹脂超細纖維2，並將熱塑性樹脂超細纖維2直接噴淋在增強纖維織物I表面，從而在增強纖維織物I表面形成一層由無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂超細纖維2構成的增韌層，並通過熱軋過程使其與增強纖維織物I粘附在一起構成一個整體，再將具有增韌功能的增強纖維織物產品與預浸料樹脂基體3複合即製備成熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜5後，收卷得到上下表面有聚乙烯薄膜5、脫模紙4作為保護層的高韌性預浸料產品。
[0024]一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌複合材料預浸料的製備方法，具體步驟如下:
[0025](I)選用熱塑性樹脂作為增韌劑，將熱塑性樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在80-100°C下乾燥l_2h，以除去其中的水分；
[0026](2)將乾燥後的熱塑性樹脂加入良溶劑，製備成熱塑性樹脂溶液；
[0027](3)將熱塑性樹脂溶液利用靜電紡絲方法噴灑在增強纖維織物I表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂超細纖維增韌層2 ；
[0028](4)將表面負載有超細纖維增韌層2的增強纖維織物1，經熱軋輥熱壓使增韌層2與纖維織物I構成一個整體，即增韌織物；
[0029](5)將負載熱塑性樹脂超細纖維增韌層2的增強纖維織物I經過乾燥烘箱，將超細纖維增韌層2內的溶劑揮發完全；
[0030](6)將熱軋、乾燥後的增韌織物與預浸料膠膜樹脂基體3複合，並經過熱壓工藝使樹脂基體3浸潤增強纖維織物I與超細纖維增韌層2 ；
[0031](7)將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜5後，收卷得到到上下表面有聚乙烯薄膜5、脫模紙4作為保護層的高韌性預浸料產品。
[0032]實施例1
[0033]選用聚醯胺PA6作為增韌劑，將PA6樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在100°C下乾燥2h，除去其中的水分後，將PA6的粒料利用甲酸溶解。將溶解後的樹脂溶液加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PA6樹脂噴灑在碳纖維單向織物U3160表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PA6纖維增韌層的U3160碳纖維織物經過80°C的熱軋輥熱壓使PA6超細纖維增韌層與U3160增強纖維織物形成一個整體，並將增韌碳纖維單向織物經過乾燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發完全後，將U3160增韌纖維織物與環氧樹脂基預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使樹脂浸潤增強纖維織物，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜後，收卷得到高韌性U3160/環氧樹脂預浸料產品。
[0034]實施例2
[0035]選用聚醚碸PES作為增韌劑，將PES樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在100°C下乾燥2h，除去其中的水分後，將PES的粒料利用DMF溶劑溶解。將溶解後的樹脂溶液加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PES樹脂噴灑在T700碳纖維單向織物U7192表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PES纖維增韌層的U7192碳纖維織物經過150°C的熱軋輥熱壓使PES超細纖維增韌層與U7192增強纖維織物形成一個整體，並將增韌碳纖維單向織物經過乾燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發完全後，將U7192增韌纖維織物與雙馬樹脂基預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使樹脂浸潤增強纖維織物，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜後，收卷得到高韌性U7192/雙馬樹脂預浸料產品。
[0036]實施例3
[0037]選用聚醚酮(PEK)作為增韌劑，將PEK樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在100°C下乾燥2h，除去其中的水分後，將PEK的粒料利用DMF溶劑溶解。將溶解後的樹脂溶液加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PEK樹脂噴灑在CCF300碳纖維平紋織物CF3031表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PEK纖維增韌層的CF3031碳纖維織物經過150°C的熱軋輥熱壓使PEK超細纖維增韌層與CF3031增強纖維織物形成一個整體，並將增韌碳纖維平紋織物經過乾燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發完全後，將CF3031增韌纖維織物與苯並噁嗪樹脂基預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使樹脂浸潤增強纖維織物，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜後，收卷得到高韌性CF3031/苯並噁嗪樹脂預浸料產品。
[0038]實施例4
[0039]選用聚醚醚酮(PEEK)作為增韌劑，將PEEK樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在100°C下乾燥2h，除去其中的水分後，將PEEK的粒料利用四氫呋喃溶解。將溶解後的樹脂溶液加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PEEK樹脂噴灑在玻璃纖維織物SW250表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PEEK纖維增韌層的SW250玻璃纖維織物經過150°C的熱軋輥熱壓使PEEK超細纖維增韌層與SW250玻璃纖維織物形成一個整體，並將增韌玻璃纖維織物經過乾燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發完全後，將SW250增韌纖維織物與氰酸酯樹脂基預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使樹脂浸潤增強纖維織物，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜後，收卷得到高韌性SW250/氰酸酯樹脂預浸料產品。
[0040]實施例5
[0041]選用聚碸(PSF)作為增韌劑，將PSF樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在100°C下乾燥2h，除去其中的水分後，將PSF的粒料利用DMF溶劑溶解。將溶解後的樹脂溶液加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PSF樹脂噴灑在芳綸纖維織物表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PSF纖維增韌層的芳綸纖維織物經過150°C的熱軋輥熱壓使PSF超細纖維增韌層與芳綸纖維織物形成一個整體，並將增韌芳綸纖維織物經過乾燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發完全後，將增韌芳綸纖維織物與氰酸酯樹脂基預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使樹脂浸潤增強纖維織物，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜後，收卷得到高韌性芳綸纖維織物/氰酸酯樹脂預浸料
女口
廣叩ο
[0042]實施例6
[0043]選用聚醚醚酮PEEK作為增韌劑，將PEEK樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在100°C下乾燥2h，除去其中的水分後，將PEEK的粒料利用四氫呋喃溶解。將溶解後的樹脂溶液加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PES樹脂噴灑在T800碳纖維單向織物表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PEEK纖維增韌層的碳纖維織物經過150°C的熱軋輥熱壓使PEEK超細纖維增韌層與增強纖維織物形成一個整體，並將增韌碳纖維單向織物經過乾燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發完全後，將T800碳纖維增韌織物與環氧樹脂基預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使樹脂浸潤增強纖維織物，將預浸料上表面的脫模紙剝離並覆上聚乙烯薄膜後，收卷得到高韌性T800/環氧樹脂預浸料產品。
【權利要求】
1.一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法，其特徵在於， (1)選用熱塑性樹脂作為增韌劑，將熱塑性樹脂切片或粉碎，然後置於乾燥箱中，在80?100°C下乾燥I?2h，以除去其中的水分； (2)將乾燥後的熱塑性樹脂加入良溶劑，製備成熱塑性樹脂溶液； (3)將熱塑性樹脂溶液利用靜電紡絲方法噴灑在增強纖維織物表面，形成無規分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層，增韌層面密度控制在5?30g/m2之間； (4)將表面負載有增韌層的增強纖維織物，經熱軋輥熱壓使增韌層與纖維織物構成一個整體，即增韌織物； (5)將增韌織物經過乾燥烘箱，將增韌層內的溶劑揮發完全； (6)將熱軋、乾燥後的纖維織物與預浸料膠膜複合，並經過熱壓工藝使預浸料膠膜樹脂浸潤增強纖維織物，製備完成預浸料。
2.根據權利要求1中所述的一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法，其特徵在於，所述的增韌劑為下列熱塑性樹脂之一:聚醚醚酮、聚醚酮、聚碸、聚醚碸、熱塑性樹脂聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚苯醚、聚醯胺、聚烯烴。
3.根據權利要求1中所述的一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法，其特徵在於，所述的熱塑性樹脂超細纖維直徑控制在100?5000nm之間。
4.根據權利要求1所述的一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法，其特徵在於，所述的纖維織物是玻璃纖維或碳纖維或芳綸纖維中的一種，其織造形式是單向織物或平紋織物或緞紋織物或斜紋織物或無緯布或非屈曲織物。
5.根據權利要求1中所述的一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法，其特徵在於，所述的預浸料膠膜基體為下列樹脂之一:環氧樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、雙馬來醯亞胺樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、聚醯亞胺樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、酚醛樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、苯並噁嗪樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物、氰酸酯樹脂基體及其與熱塑性樹脂的共混物。
6.根據權利要求1中所述的一種熱塑性樹脂超細纖維膜增韌預浸料的製備方法，其特徵在於，所述的製備完成預浸料的上下表面有脫模紙、聚乙烯薄膜作為保護層。
【文檔編號】B32B27/12GK103552331SQ201310511218
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】張代軍, 鍾翔嶼, 李曄, 張堯州, 陳祥寶, 王德輝 申請人:中航複合材料有限責任公司