[發明專利]一種熱塑性復合材料增韌用無紡布及其制備方法

在審

• 申請號: 202211627787.5
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN116163069A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 周光遠;張興迪;王紅華;王志鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/4326;D01F6/66
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明公開了一種熱塑性復合材料增韌用無紡布及其制備方法，屬于靜電紡絲技術領域。該制備方法包括如下步驟：采用可溶性聚芳醚酮樹脂溶于極性有機溶劑，通過靜電紡絲技術制備無紡布，無紡布厚度為5～30μm，纖維直徑0.5～5μm。將無紡布置于多層熱塑性復合材料預浸料的層間進行增韌改性。在復合材料成型過程中，無紡布為多孔結構，不會阻礙熱塑性樹脂的縱向流動，無紡布可以與樹脂形成良好的結合，甚至部分相容，形成互穿網絡的增韌形式，大幅提高層間結合力，進而提高復合材料的沖擊韌性。本發明制備的無紡布可提高PEEK、PEKK樹脂基復合材料的沖擊后壓縮強度，滿足航空用熱塑復合材料的性能需求。

技術領域

本發明公開了一種熱塑性復合材料增韌用無紡布及其制備方法，屬于靜電紡絲技術領域。

背景技術

聚芳醚酮屬于高性能特種工程塑料，具有優異的熱性能、力學性能、阻燃性、低介電性及抗沖擊能等，被廣泛的應用到航空航天、交通運輸、醫療等高技術領域。此外，無定形聚芳醚酮樹脂可溶于有機溶劑，進一步拓展了聚芳醚酮的加工方式，應用前景廣闊。

提高復合材料的抗沖擊韌性是先進復合材料研究的重要方向。通過高韌化，能有效提高復合材料抗沖擊損傷能力和設計許用應變，提高復合材料減重效率。針對RTM用環氧樹脂ZL2006100993819將熱塑性薄膜鋪放在增強織物的層間達到增韌之目的，復合材料的沖擊后壓縮強度CAI得到顯著提高。ZL201110362357.0公開了一種增韌復合材料用無紡布，復合材料的CAI值同樣顯著提高。

現有的商品化無紡布都是匹配環氧樹脂等熱固性樹脂體系，并沒有針對熱塑性樹脂基復合材料進行研制，未改性的PEEK復合材料的CAI很難達到300MPa。所以通過層間改性提高熱塑性復合材料的抗沖擊性能是十分必要的。

發明內容

為解決現有技術的問題，本發明提供一種熱塑性復合材料增韌用無紡布及其制備方法，并將無紡布用于制備熱塑性復合材料。

一種熱塑性復合材料增韌用無紡布的制備方法，其步驟如下：

(1)將可溶性含羧基的聚芳醚酮樹脂溶解于極性有機溶劑中，溶液質量濃度為15～30％，攪拌分散均勻，得到澄清透明的紡絲液；

(2)將步驟(1)所述紡絲液裝在靜電紡絲裝置的注射器中，注射器針頭與高壓電源的正極相連，鋁箔接收板與高壓電源的負極相連，在一定環境溫度濕度下進行紡絲，在鋁箔接收板上，通過靜電紡絲技術制備得到無紡布；

(3)將步驟(2)得到的無紡布在無水乙醇中浸泡10～60min，烘干，最終得到聚芳醚酮無紡布。

所述含羧基的聚芳醚酮樹脂結構如下：

其中m:n＝1～3:7～9，Ar可選擇為：

中的一種，樹脂的特性粘度在0.5～1.0dL/g之間。

基于以上技術方案，優選的，步驟(1)中，所述的極性有機溶劑為至少含有二氧六環及DMF、DMAc、苯甲醇及5-(二甲基氨基)-2-甲基-5-氧代戊酸甲酯(Polarclean)中的一種或幾種，優選有機溶劑為二氧六環、DMF的混合溶劑或二氧六環和苯甲醇的混合溶劑，其中二氧六環的質量分數為20～40％。

基于以上技術方案，優選的，步驟(2)中，施加電壓為10～25kV，注射器推進速度為1～4mL/h，環境溫度在30～60℃，濕度＜30％。

基于以上技術方案，優選的，步驟(3)中，烘干的溫度為80～120℃。

基于以上技術方案，優選的，所述聚芳醚酮無紡布的厚度為5～30微米，纖維直徑為0.5～5μm，優選纖維直徑為0.8～3μm。

上述的方法制備的熱塑性復合材料增韌用無紡布。