[發(fā)明專利]一種真空袋成型工藝用碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010085382.8
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111187438B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧軼卓;李敏;陳曉妍;王紹凱;張佐光
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08L63/02;C08L63/00;C08L81/06;C08L71/10;C08K7/06
• 代理公司: 北京冠和權(quán)律師事務(wù)所 11399
• 代理人: 李建華

本發(fā)明公開了一種非熱壓罐真空袋成型工藝用碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法。該方法通過控制樹脂配方、固化劑和增韌劑的粒徑、樹脂體系配置的工藝條件，控制固化劑與增韌劑在環(huán)氧樹脂中的溶解程度和粒徑，同時起到兩方面的改性效果：一、對樹脂體系增韌；二、滿足非熱壓罐工藝對預(yù)浸料中樹脂粘度和室溫儲存期的要求。將配置的環(huán)氧樹脂體系制備成膠膜，進一步采用膠膜壓延法制備碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，通過控制膠膜與碳纖維復(fù)合時的壓力和溫度得到半浸漬預(yù)浸料(非飽和浸漬預(yù)浸料)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，更具體地說，是指適用于非熱壓罐真空袋成型工藝的碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，包括增韌環(huán)氧樹脂的制備和非飽和浸漬預(yù)浸料的制備。

背景技術(shù)

碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料由于其質(zhì)輕高強、成型固化工藝性好、綜合性能優(yōu)異等原因，在航空航天和民用領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，是最為常見的先進復(fù)合材料種類之一。在航空航天領(lǐng)域，往往以碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料為中間材料，以熱壓罐工藝為成型固化方法，制備高質(zhì)量的復(fù)合材料產(chǎn)品。

相比傳統(tǒng)的熱壓罐成型工藝，非熱壓罐成型工藝(Out ofAutoclave,OoA)是指不用熱壓罐而制造出具有與熱壓罐工藝相同或相近性能和質(zhì)量的復(fù)合材料制件的工藝方法。其中非熱壓罐真空袋成型工藝，以預(yù)浸料為原材料，依靠真空壓力排出預(yù)浸料和樹脂中的夾雜空氣及揮發(fā)分，并且僅使用烘箱或固化爐加熱固化，在降低成本、提升大型制品的可制造性方面具有很大優(yōu)勢。但為了達到與熱壓罐成型工藝同樣的成型質(zhì)量，OoA工藝對于預(yù)浸料及其樹脂體系的要求更高，尤其對樹脂的固化和流變特性以及預(yù)浸料中樹脂對纖維的浸漬狀態(tài)要求較為苛刻。

為了更好地排出夾雜空氣及揮發(fā)分，OoA預(yù)浸料中含有未被樹脂浸漬的干纖維作為導(dǎo)氣通路，通過固化前抽真空排出預(yù)浸料中的氣體以降低最終制件中的孔隙含量，保證足夠高的纖維密實程度。制備OoA預(yù)浸料的樹脂在室溫下的粘度應(yīng)較高以維持抽真空過程中干纖維所形成的導(dǎo)氣通路的暢通，而在高溫下的樹脂粘度應(yīng)較低以實現(xiàn)充分地流動，完全浸漬纖維。另一方面，OoA工藝需要在室溫下對預(yù)浸料坯料進行較長時間的抽真空預(yù)壓實操作以充分排出氣體，要求預(yù)浸料的室溫儲存期更長，即置于室溫下一定時間內(nèi)樹脂的固化反應(yīng)程度足夠低，以保證樹脂流變特性的變化在成型工藝可接受的范圍內(nèi)。此外，還要求OoA預(yù)浸料中的揮發(fā)分含量低、能夠在較低溫度下固化等，進一步保障復(fù)合材料制造質(zhì)量、降低制造成本。

一般環(huán)氧樹脂的脆性較大，韌性低，需要在樹脂配方中加入增韌劑以提高復(fù)合材料的韌性。對于航空航天用碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，高性能熱塑性樹脂是最為常用的增韌劑，熱塑性樹脂可以直接加入環(huán)氧樹脂中，也可以分布于預(yù)浸料表面，從而在復(fù)合材料層間形成增韌層，即層間增韌。國內(nèi)外目前已公開的OoA預(yù)浸料相關(guān)專利通常使用熱塑性增韌劑進行層間增韌。專利CN103429371和專利CN104023979都公開了在部分浸漬的預(yù)浸料表面增加熱塑性樹脂微粒或纖維，以提高復(fù)合材料韌性的方法。對于OoA預(yù)浸料，如果采用層間增韌方法，增韌粒子存在于預(yù)浸料層間，可能會阻礙OoA預(yù)浸料的導(dǎo)氣通路。但如果使增韌劑溶解于環(huán)氧樹脂中進行增韌，則樹脂的粘度太高，會阻礙高溫下樹脂的流動和對纖維的浸漬，使固化后制件的孔隙率偏高，影響制件的成型質(zhì)量。此外，加入熱塑性樹脂的環(huán)氧樹脂體系粘度較高，往往需要在較高溫度下將各組分混合配置，這會使固化劑與環(huán)氧樹脂發(fā)生較為明顯的固化反應(yīng)，影響樹脂的流動性和室溫儲存性，也會影響半浸漬預(yù)浸料的制備。專利CN105109068公開了通過調(diào)整樹脂體系粘度使其滿足制備OoA預(yù)浸料要求的方法，但未對樹脂原料及樹脂的制備過程提出要求。

在生產(chǎn)過程中，需要設(shè)計一種適用于OoA真空袋成型工藝用碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，對樹脂體系的配置過程進行控制，使樹脂體系同時滿足增韌和制備OoA預(yù)浸料的工藝性要求。

本發(fā)明的目的是提供一種適用于非熱壓罐真空袋成型工藝的碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，包括增韌環(huán)氧樹脂的制備和非飽和浸漬預(yù)浸料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容