[發明專利]一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110324301.X
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113059824B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 顧洋洋;劉剛;姚佳楠;王力風;陳春海;于有海
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明屬于樹脂基復合材料技術領域，具體涉及一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法和應用。本發明提供的纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的制備方法，包括以下步驟：將纖維熱塑性樹脂預浸料按照正交鋪層方式或準各向同性鋪層方式鋪疊后進行預成型，得到基體；將熱塑性樹脂薄膜鋪貼在基體的任一表面后依次進行預壓、排氣和增壓，得到所述纖維增強熱塑性樹脂基復合材料，所述熱塑性樹脂薄膜的鋪貼厚度為0.2～0.4mm。本發明通過限定纖維熱塑性樹脂預浸料的鋪疊方式降低了復合材料變形程度；通過二次成型在基體表面層疊熱塑性樹脂薄膜面層，提高了復合材料表面熱塑性樹脂的含量，進而提高了復合材料與復合材料或金屬的焊接效果。

技術領域

本發明屬于樹脂基復合材料技術領域，具體涉及一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

樹脂基復合材料具有比強度高、比剛度高、可設計性強、抗疲勞、耐腐蝕、優異的結構尺寸穩定性以及便于大面積整體成形的獨特優點，與傳統的鋼、鋁合金結構材料相比，樹脂基復合材料的密度約為鋼的1/5，為鋁合金的1/2，且比強度與比模量遠高于傳統的鋼、鋁合金，因此被廣泛用于航空、航天、兵器、船舶等領域。

樹脂基復合材料按照樹脂基體類型分為熱固性樹脂基復合材料和熱塑性樹脂基復合材料。熱固性樹脂基復合材料因其質量輕、強度高、機械性能好而得到大力發展，雖然熱固性樹脂基復合材料具有諸多優異性能，但其抗沖擊性能差、成型制造過程伴隨著熱固性樹脂的化學反應，導致成型周期較長，使得熱固性復合材料無法完全滿足先進航空裝備的更高要求。與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性樹脂基復合材料具有較高韌性、損傷容限、抗沖擊性能，同時熱塑性樹脂基復合材料具有無限預浸料存儲期、成型周期短、生產效率高、可二次成型、可焊接、可回收再加工等優點，近年來，成為復合材料技術領域研究的熱點。尤其是纖維增強熱塑性樹脂基復合材料，具有高強度高模量、低密度等一系列優良特性，其在航空航天、汽車、建筑、防護和運動器材等領域廣泛應用。

在纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的使用過程中，經常需要使用結構形狀復雜的構件以及復合材料與金屬材料連接的情況。為了得到與形狀結構復雜和不同材料聯用的復合材料構件，連接是一個不可避免的過程。由于熱塑性復合材料具有可二次成型、可焊接的特點使得纖維增強熱塑性復合材料成為航空、航天制造技術領域關注的重點。但是纖維增強熱塑性復合材料在焊接的過程中，經常出現由于復合材料變形翹曲、復合材料表面貧樹脂等特征導致復合材料本體焊接或復合材料與鋁合金等金屬材料的焊接效果較差。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料及其制備方法和應用。本發明提供的纖維增強熱塑性樹脂基復合材料在焊接過程中不會發生變形翹曲，且由于復合材料表面包含熱塑性樹脂層具有較好的焊接效果。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將纖維熱塑性樹脂預浸料按照正交鋪層方式或準各向同性鋪層方式鋪疊后進行預成型，得到基體；

將熱塑性樹脂薄膜鋪貼在基體的任一表面后依次進行預壓、排氣和增壓，得到所述纖維增強熱塑性樹脂基復合材料，所述熱塑性樹脂薄膜的鋪貼厚度為0.2～0.4mm。

優選的，所述纖維熱塑性樹脂預浸料包括熱塑性樹脂和纖維，所述纖維包括碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維；

所述熱塑性樹脂包括聚醚醚酮、聚芳醚酮或聚苯硫醚；

所述纖維熱塑性樹脂預浸料中纖維的摻量為40～65％。

優選的，以任一層纖維熱塑性樹脂預浸料的任一邊為0°，所述準各向同性鋪層中鋪疊的方向組合包括45°/0°/-45°/90°、45°/-45°/0°/90°或60°/15°/-75°/-30°。

優選的，所述預成型包括預成型預壓和預成型增壓；