[發明專利]耐高溫高韌性預浸料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811235198.6
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN111087756A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 張藕生;唐建華;余榮祿;楊文剛;王芳;姚斌
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L81/06;C08L79/08;C08L61/16;C08K7/06;C08J5/24
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本發明涉及一種耐高溫高韌性預浸料及其制備方法，主要解決了熱熔法預浸料用熱塑性樹脂增韌環氧樹脂基體工藝操作性差且對碳纖維浸漬效果差的問題，通過采用一種預浸料，以總質量按100％計，包括以下組分：環氧樹脂基體：22～35％；增強纖維：50～70％；增韌層：8～15％；其特征在于所述增韌層由含有環氧樹脂和熱塑性樹脂的組合中的至少一種組成；所述環氧樹脂基體由含有環氧樹脂、熱塑性樹脂和固化劑的組合中的至少一種組成；所述增韌層位于所述增強纖維層帶有所述環氧樹脂基體的一側的技術方案，較好地解決了該問題，可用于各種碳纖維復合材料主承力結構件的制備。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，特別涉及耐高溫高韌性預浸料及其制備方法。

背景技術

以碳纖維、芳綸等高性能纖維為增強材料的先進樹脂基復合材料是承力結構件首選的輕質高強結構材料，在航天航空、軍工、汽車輕量化等眾多領域廣泛應用，且應用比重日益增大。先進樹脂基復合材料用于主承力結構件的主要性能指標之一是沖擊后壓縮強度(CAI)，用以表征復合材料的抗低速沖擊損傷能力。波音公司提出的BMS8-276標準要求民機主承力結構用復合材料的CAI應達到310MPa。因此，提高復合材料的CAI一直是該領域的研究熱點。

高CAI要求復合材料具有高韌性，而提高韌性的主要途徑是進行基體樹脂增韌和層間增韌。基體樹脂增韌優先考慮采用熱塑性樹脂作為增韌劑，在提高韌性的同時能保證復合材料的耐熱性不會下降。Hexcel公司專利EP2607411采用聚醚砜(PES)樹脂和聚酰胺(PA)粒子對環氧樹脂基體進行復合增韌改性，PES以完全溶解的方式存在于環氧樹脂中而PA粒子則以分散狀態存在于環氧樹脂中，采用該增韌樹脂基體制備的碳纖維預浸料其層壓板CAI可達到350MPa。由于熱塑性樹脂含量接近30wt％，該增韌樹脂基體的黏度很高，對樹脂基體的混合工藝和后續的涂膜、預浸工藝要求很高。益小蘇等提出了“離位增韌”技術(CN1923506)，用以解決高含量熱塑性樹脂直接溶解或分散在樹脂基體中所造成一系列工藝問題。“離位增韌”技術將熱塑性樹脂以薄膜、粉末等形式置于兩層經低粘度樹脂基體浸漬的碳纖維層之間，有針對性地提高復合材料的層間韌性，從而顯著提高復合材料的CAI。中國專利CN104842619A提供了一種高韌性多層結構預浸料制造工藝，在樹脂層-纖維層-樹脂層三層結構的基礎上，增設一層或多層增韌層，增韌層以薄膜、粉末或者織物等形式存在，增韌后的復合材料CAI達到260MPa。盡管上述增韌技術取得了較好的增韌效果，但是同時也帶來其它的問題，如“離位增韌”將導致層間剛性和預浸料粘性的喪失，多層增韌結構導致增強纖維體積含量下降，進而影響復合材料的力學強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中熱塑性樹脂增韌樹脂基體黏度高，制備難度高、浸漬效果差，以及預浸料層壓板沖擊后壓縮強度低，難以滿足主承力結構件性能要求的問題，提供一種耐高溫高韌性預浸料，通過合理分配熱塑性樹脂在在樹脂基體和增韌層中的用量，得到低黏度高韌性樹脂基體，實現了對增強纖維的良好浸漬，通過在浸漬后增強纖維表面覆蓋一層高熱塑性樹脂含量的增韌層，顯著提高了層壓板的沖擊后壓縮強度。

本發明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的耐高溫高韌性預浸料的制備方法。

本發明所要解決的技術問題之三是提供一種與解決技術問題之一相對應的耐高溫高韌性預浸料的應用方法。

為解決以上技術問題之一，本發明采用如下技術方案：一種預浸料，以總質量按100％計，包括以下組分：

環氧樹脂基體：22～35％；

增強纖維：50～70％；

增韌層：8～15％；

所述增韌層由含有環氧樹脂和熱塑性樹脂的組合中的至少一種組成；所述環氧樹脂基體由含有環氧樹脂、熱塑性樹脂和固化劑的組合中的至少一種組成；所述增韌層位于所述增強纖維層帶有所述環氧樹脂基體的一側。