一種纖維增強復合材料的制備方法技術

本發明專利技術屬于復合材料制造技術，涉及一種纖維增強熱塑性樹脂復合材料層壓板的制備方法。復合材料層壓板的基體為熱塑性樹脂或熱塑性樹脂與熱固性樹脂的混合物；在熱壓成型前，樹脂基體與增強纖維分層放置，而后通過基體受熱后的經流動浸潤鄰近的數層增強體織物；經過加壓固結(熱塑性基體)或加壓固化之后(熱塑/熱固混合基體)，形成均勻的復合材料層壓板。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于復合材料制造技術，涉及。
技術介紹
傳統的航空復合材料多以熱固性樹脂作為基體，其固有的缺陷是質地較脆，易造成沖擊損傷，從而影響飛行器的長期服役性能。為克服這一缺點，采用韌性更好且易于修補的熱塑性樹脂作為基體，取代脆弱的環氧樹脂等熱固性基體，是從根本上改善復合材料抗損傷性能的辦法。此外，熱塑性樹脂具有可重復成型的特點，在理論上具有多步成型的能力，以及進行焊接、修補操作的可能，這都是明顯優于熱固性基體的。基于上述理由，航空材料業內開展了多年的熱塑性基體及其復合材料的相關研究。其中，聚醚醚酮(PEEK)曾是最被看好的基體材料，并且開發了包括APC-2預浸料在內的工業化產品，一度有望在航空結構中占據可觀的份額。但實際應用情況與原先樂觀的估計有很大的差距，由于成型溫度高、固結工藝條件苛刻，外加預浸料偏硬不易成型，造成制造成本偏高，應用部位受到較大限制。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種制造成本低、應用部位不受限制的纖維增強復合材料的制備方法。本專利技術的技術方案是，(1)熱塑性基體織物制備通過如下之一的方式將熱塑性材料制備成絲材，a)通過溶液紡絲機組把熱塑性基體溶液噴紡成絲，b)把熱塑性基體通過熔融擠出紡絲機組紡成絲，c)先把熱塑性基體溶于濃硫酸中，采用靜電紡絲方法制備成絲，然后，將上述絲材直接制備成無紡布，或經牽伸處理并織造成平紋織物或緞紋織物或斜紋織物；最后把制備的熱塑性基體織物裁剪成需要的尺寸；(2)預成型體制備把增強纖維裁剪成所需尺寸的纖維鋪層，并按照所設計預成型體鋪層結構形式，把已經裁剪的熱塑性基體織物鋪放在預成型體的纖維鋪層層間或/及預成型體上下表面，壓實并使預成型體的各彎角處緊密貼模，然后閉合模具；(3)熱壓成型將模具固定在平板熱壓機上，以小于5°C /min的速度升溫至 150°C 450°C，而后加壓至0. 5MPa 2. OMPa,保壓0. 2h 2h后，恒壓降溫冷卻，待溫度降至60°C以下后卸壓、開模，得到纖維增強熱塑性基體復合材料。所用的增強纖維為碳纖維或玻璃纖維或芳綸纖維或超高分子量聚乙烯纖維或玄武巖纖維或天然植物纖維或上述一種或幾種纖維的混合；增強纖維的形式包括單向纖維或無緯布或平紋織物或緞紋織物或斜紋織物或無紡布或非屈曲織物；所用的熱塑性基體包括聚砜或聚醚酮或聚醚砜或聚醚酰亞胺或聚苯醚或聚苯硫醚或熱塑性聚酰亞胺或尼龍或聚乙烯或聚丙烯，或前述熱塑性樹脂之一與環氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂或熱固性聚酰亞胺樹脂或聚苯并噁嗪樹脂或氰酸酯樹脂或酚醛樹脂或不飽和聚酯的混合物。所述的熱塑性基體溶液質量百分比濃度為5% 40%，溶劑為四氫呋喃或丙酮或濃硫酸。所述的絲材直徑為0. 2mm 1. 5mm,織物的面密度為30g/m2 450g/m2。本專利技術的優點是，本專利技術所提出的材料及方法，就是基于具有一定浸滲能力的熱塑性或熱塑/熱固混合基體，通過分離增強體、樹脂基體來實現良好成型性，最終得到高質量的復合材料制件。本專利技術的復合材料在成型前，其增強體與樹脂基體是各自獨立存在的，兩者均為具有良好變形能力的織物形式，具有較好的鋪覆性，可以鋪成各種平面及曲面結構，克服了傳統的熱熔預浸料偏硬而不易成型的缺點。此外，由于層與層之間可以自由滑移，從而避免了傳統材料在彎角處容易出現的褶皺現象，有利于提高制件性能。本專利技術的復合材料中，由于增強體、樹脂基體織物的比例和鋪放順序可變，因此在控制樹脂含量具有天然的便利性，有利于根據實際需要靈活地設計復合材料制件中的纖維-樹脂比例，并可有針對性地形成局部富樹脂區，或者特殊的多樹脂結構。本專利技術的復合材料，采用熱塑性樹脂或熱塑/熱固混合樹脂作為基體，具有出色的抗沖擊損傷性能，并且再次加熱后可重復成型，具有可焊接、可修補的優點。具體實施例方式下面對本專利技術做進一步詳細說明。(1)熱塑性基體織物制備通過如下之一的方式將熱塑性材料制備成絲材，a)通過溶液紡絲機組把熱塑性基體溶液噴紡成絲，b)把熱塑性基體通過熔融擠出紡絲機組紡成絲，c)先把熱塑性基體溶于濃硫酸中，采用靜電紡絲方法制備成絲，然后，將上述絲材直接制備成無紡布，或經牽伸處理并織造成平紋織物或緞紋織物或斜紋織物；最后把制備的熱塑性基體織物裁剪成需要的尺寸；(2)預成型體制備把增強纖維裁剪成所需尺寸的纖維鋪層，并按照所設計預成型體鋪層結構形式，把已經裁剪的熱塑性基體織物鋪放在預成型體的纖維鋪層層間或/及預成型體上下表面，壓實并使預成型體的各彎角處緊密貼模，然后閉合模具；(3)熱壓成型將模具固定在平板熱壓機上，以小于5°C /min的速度升溫至 150°C 450°C，而后加壓至0. 5MPa 2. OMPa,保壓0. 2h 2h后，恒壓降溫冷卻，待溫度降至60°C以下后卸壓、開模，得到纖維增強熱塑性基體復合材料。所用的增強纖維為碳纖維或玻璃纖維或芳綸纖維或超高分子量聚乙烯纖維或玄武巖纖維或天然植物纖維或上述一種或幾種纖維的混合；增強纖維的形式包括單向纖維或無緯布或平紋織物或緞紋織物或斜紋織物或無紡布或非屈曲織物；所用的熱塑性基體包括聚砜或聚醚酮或聚醚砜或聚醚酰亞胺或聚苯醚或聚苯硫醚或熱塑性聚酰亞胺或尼龍或聚乙烯或聚丙烯，或前述熱塑性樹脂之一與環氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂或熱固性聚酰亞胺樹脂或聚苯并噁嗪樹脂或氰酸酯樹脂或酚醛樹脂或不飽和聚酯的混合物。所述的熱塑性基體溶液質量百分比濃度為5% 40%，溶劑為四氫呋喃或丙酮或濃硫酸。所述的絲材直徑為0. 2mm 1. 5mm,織物的面密度為30g/m2 450g/m2。下面通過實施例對本專利技術做進一步詳細說明。4實施例1制備熱塑性基體織物熱塑性基體選用聚醚砜(PEQ。通過熔融擠出紡絲機組將 PES顆粒紡成絲，經牽伸處理后，機織獲得平紋織物，面密度控制為120g/m2士5g/m2。制備預成型體增強體選用G827碳纖維單向織物，面密度160g/m2。按照^827/ PES/G827/PES/G827]的順序，每三層碳纖維+ 二層PES織物為一個單元，順序疊放四個單元后得到預成型體。熱壓成型將預成型體裝入平板對合模具中，固定在平板熱壓機上加熱、加壓。以 50C /min的速度升溫至290°C，而后加壓至0. 6MPa，保壓30min后，自然帶壓降溫冷卻。溫度降至60°C以下后卸壓、開模，得到平板復合材料制件。實施例2制備熱塑/熱固基體織物基體選用聚醚酰亞胺(PEI)與E-M環氧樹脂的混合體系，其配比為PEI E-54 = 70 30。將混合樹脂溶于四氫呋喃-丙酮混合溶劑中，配成濃溶液，然后通過溶液紡絲機組直接噴紡得到無紡布，面密度控制為400g/m2士20g/m2。制備預成型體增強體選用SW280玻璃纖維平紋織物，面密度^Og/m2。將四層 SW280玻璃布疊放在一起，然后在其上、其下各放置一層基體織物。將這六層織物放置在帽型材成型模具中，稍用力以保證各彎角處緊密貼模，然后閉合模具。熱壓成型將模具固定在平板熱壓機上加熱、加壓。以5°C /min的速度升溫至 310°C，而后加壓至1. 2MPa，保壓30min后，自然帶壓降溫冷卻。溫度降至60°C以下后卸壓、 開模，得到復合材料帽型材制件。實施例3制備熱塑性基體織物基體選用聚芳醚酮(PAEK)。通過熔融擠出紡絲機組將PAEK 粉末本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種纖維增強復合材料的制備方法，其特征在于，該方法的操作步驟如下：（１）熱塑性基體織物制備：通過如下之一的方式將熱塑性材料制備成絲材，ａ）通過溶液紡絲機組把熱塑性基體溶液噴紡成絲，ｂ）把熱塑性基體通過熔融擠出紡絲機組紡成絲，ｃ）先把熱塑性基體溶于濃硫酸中，采用靜電紡絲方法制備成絲，然后，將上述絲材直接制備成無紡布，或經牽伸處理并織造成平紋織物或緞紋織物或斜紋織物；最后把制備的熱塑性基體織物裁剪成需要的尺寸；（２）預成型體制備：把增強纖維裁剪成所需尺寸的纖維鋪層，并按照所設計預成型體鋪層結構形式，把已經裁剪的熱塑性基體織物鋪放在預成型體的纖維鋪層層間或／及預成型體上下表面，壓實并使預成型體的各彎角處緊密貼模，然后閉合模具；（３）熱壓成型：將模具固定在平板熱壓機上，以小于５℃／ｍｉｎ的速度升溫至１５０℃～４５０℃，而后加壓至０．５ＭＰａ～２．０ＭＰａ，保壓０．２ｈ～２ｈ后，恒壓降溫冷卻，待溫度降至６０℃以下后卸壓、開模，得到纖維增強熱塑性基體復合材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：安學鋒，張明，陳敬哲，益小蘇，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京航空材料研究院，
類型：發明
國別省市：11