[發(fā)明專利]一種預(yù)浸料增韌材料、高韌性預(yù)浸料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910987515.8
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN112679908A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐建華;張藕生;余榮祿;王鑫;王芳
• 申請（專利權(quán)）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;C08K9/00;C08K3/34;C08K7/06;C08J5/24
• 代理公司: 北京知舟專利事務(wù)所(普通合伙) 11550
• 代理人: 鮮瑩

本發(fā)明涉及一種預(yù)浸料增韌材料、高韌性預(yù)浸料及它們的制備方法，主要解決了熱熔法預(yù)浸料用熱塑性樹脂增韌環(huán)氧樹脂基體導(dǎo)致體系粘度升高，工藝操作性變差且對碳纖維浸漬效果變差的問題。通過將改性粘土與熱塑性樹脂超細顆粒作為增韌劑分配到環(huán)氧樹脂中然后作為增韌層的方式解決上述問題。所述預(yù)浸料增韌材料，包括環(huán)氧樹脂100份、改性粘土2～200份、熱塑性樹脂2～200份。由本發(fā)明提供的高韌性預(yù)浸料可極大地降低體系粘度，具有良好的工藝性，其層壓板沖擊后壓縮強度高，可用于各種碳纖維復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)和非承力件的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種預(yù)浸料增韌材料、高韌性預(yù)浸料及它們的制備方法。

背景技術(shù)

先進樹脂基復(fù)合材料具有比模量、比強度高，抗疲勞、耐腐蝕，可設(shè)計性強等性能特點，得到廣泛應(yīng)用，是航天航空飛行器主承力結(jié)構(gòu)件優(yōu)選的輕量化、高性能材料之一，在航天航空、軍工、汽車輕量化等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用比重日益增大。按韌性高低，先進樹脂基復(fù)合材料分為三代。由于第一代復(fù)合材料呈現(xiàn)脆性材料性能特征，層合板的性能對沖擊載荷引起的損傷、特別是分層損傷敏感，為此，要求開發(fā)增韌環(huán)氧樹脂基體和改進纖維增強方式等措施提高抗沖擊的能力。第二代復(fù)合材料為增韌改性的樹脂基復(fù)合材料，所用基體樹脂為977、6376、5260等熱塑性樹脂增韌體系，增強纖維以東麗公司T800H和Hercules公司的IM7中模高強碳纖維為代表。典型應(yīng)用是波音公司B777飛機尾翼以及其它飛機的機翼、機身、平尾、地板梁、艙門、整流罩、發(fā)送機葉片等。作為民機機體結(jié)構(gòu)減重的候選方案，波音公司提出碳纖維性能改進指標，并制定了碳纖維增強材料、中模量高強度紗和織物標準BMS8-17。1990年5月波音公司又提出了高韌性碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料標準(BMS8-276)，提出了適合民機主承力結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料的技術(shù)指標體系，第三代高韌性樹脂基復(fù)合材料應(yīng)運而生，采用富樹脂層間增韌或插層增韌技術(shù)，大大提升了沖擊后壓縮強度(CAI)，代表性基體樹脂為Toray 3900、Hexcel8552等，具有代表性的東麗高韌性T800/3900預(yù)浸料主要用于波音公司B787主承力結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

高CAI要求復(fù)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?；w樹脂增韌優(yōu)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(fù)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(huán)氧樹脂基體進行復(fù)合增韌改性，PES以完全溶解的方式存在于環(huán)氧樹脂中而PA粒子則以分散狀態(tài)存在于環(huán)氧樹脂中，采用該增韌樹脂基體制備的碳纖維預(yù)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(xù)的涂膜、預(yù)浸工藝要求很高。益小蘇等提出了“離位增韌”技術(shù)(CN1923506A)，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?！半x位增韌”技術(shù)將熱塑性樹脂以薄膜、粉末等形式置于兩層經(jīng)低粘度樹脂基體浸漬的碳纖維層之間，有針對性地提高復(fù)合材料的層間韌性，從而顯著提高復(fù)合材料的CAI。中國專利CN104842619A提供了一種高韌性多層結(jié)構(gòu)預(yù)浸料制造工藝，在樹脂層-纖維層-樹脂層三層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增設(shè)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(fù)合材料CAI達到260MPa。盡管上述增韌技術(shù)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(dǎo)致預(yù)浸料粘性的喪失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)浸料層壓板沖擊后壓縮強度低，難以滿足復(fù)合材料性能要求，提供一種預(yù)浸料增韌材料以及由此材料得到的高韌性預(yù)浸料，通過在浸漬后的增強纖維表面覆蓋一層富含改性粘土和熱塑性樹脂顆粒的增韌層，解決了熱塑性樹脂增韌環(huán)氧樹脂基體導(dǎo)致體系黏度高，制備難度高且浸漬纖維效果差的問題，同時因為增韌層中環(huán)氧樹脂的存在，可以保持預(yù)浸料的粘性，顯著提高了層壓板的沖擊后壓縮強度。

本發(fā)明的目的之一為提供一種預(yù)浸料增韌材料，包括環(huán)氧樹脂以及分散在環(huán)氧樹脂中的改性粘土和熱塑性樹脂，以重量份計：

環(huán)氧樹脂 100份；