[发明专利]聚芳醚砜酮树脂基复合材料的在线浸渍缠绕成型方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种通过缠绕工艺制备连续纤维增强聚芳醚砜酮(PPESK)树脂基复合材料的方法。特别涉及在线溶液浸渍、原位固结的缠绕成型工艺制备PPESK树脂基复合材料。属于先进复合材料科学技术领域。 

背景技术

连续纤维增强高性能热塑性复合材料具有优良的耐化学、耐环境和电气绝缘性能，以及成型速度快、生产效率高、废料可回收、可二次成型等特点，克服了热固性复合材料在应用过程中存在的耐热性差、抗冲击性和抗损伤能力低、制造成本高等不足之处，也弥补了短纤维和中长纤维增强热塑性复合材料承载力不高的缺陷，可应用于使用环境较为苛刻、承载能力要求较高的场合，在航空航天、电子电气、精密机械、能源交通、石油化工、环境工程等领域得到了广泛应用。 

聚芳醚砜酮是我国自主研发的一类高性能热塑性树脂基体，这类树脂分子主链中均含二氮杂萘联苯结构，其力学性能优异，玻璃化温度可以通过取代基团结构或主链上砜/酮基团比例在250℃-370℃之间进行调控，耐热性优于聚醚醚酮(PEEK)，且可溶解，是目前耐热等级最高的可溶性聚芳醚新品种。聚芳醚砜酮，简称PPESK，其S/K一般可调，即S/K＝0时为聚芳醚酮(PPEK)；S/K＝∞时为聚芳醚砜(PPES)；0<S/K<∞时为PPESK。 

缠绕工艺是树脂基复合材料制品成型常用的工艺方法，属于连续成型工艺。这种方法通过材料力学设计，可充分发挥纤维拉伸强度高的特性，用于制造承受内/外压、弯曲、扭转、轴向载荷等情况下的 产品。缠绕成型方法易于实现机械化、自动化，生产效率高，是制造复合材料结构的低成本方法之一。 

对于高性能热塑性树脂来说，由于其分子结构的特点，连续纤维增强热塑性复合材料的缠绕成型工艺和热固性复合材料的缠绕工艺有着很大的差异。热固性树脂在固化以前通常呈液态，粘度较低，树脂很容易浸渍纤维，其成型工艺通常在室温下完成部件的缠绕，然后根据部件的使用条件和树脂系统的具体要求，可以在常温接触压力下成型，也可以在一定的温度和压力下成型。高性能热塑性复合材料由于基体聚合物的分子量较大，室温条件下呈固态，加热熔融状态下，聚合物熔体粘度大，熔体流动困难，与纤维的浸润性差，欲获得密实的低空隙缠绕结构，成型过程中通常需要施加较高的温度和压力。目前，国内外对热塑性复合材料的缠绕工艺非常重视，并进行了较多的研究，但由于所采用的高性能热塑性树脂溶解性能普遍不好，加工相对困难，研究主要集中在利用预先制备的预浸带进行缠绕方面。 

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的缠绕成型工艺方法，从而制备在高温下可长期使用，具有优异力学性能的新一代高性能复合材料缠绕构件。 

本发明的技术解决方案是，利用PPESK树脂的可溶解性，采用在线溶液浸渍法制作预浸带，以获得良好的浸渍，再通过加热除去溶剂。接着利用原位固结技术进行成型，即首先加热预浸带使基体树脂迅速熔融，促使预浸带充分活化；然后进行缠绕，使预浸带按照规定的轨迹均匀地排布在芯模的表面，在一定的张力和压力下排出预浸带界面之间的空隙，实现预浸带界面之间的分子扩散和粘合，最后固结冷却为密实的缠绕结构。整个工艺过程可简单分为在线溶液浸渍、预浸带加热、表面黏合、加压固结等工艺环节。 

其中所说的聚芳醚砜酮树脂含有二氮杂萘联苯结构的聚芳醚砜(PPES)、二氮杂萘联苯结构的聚芳醚酮(PPEK)和二氮杂萘联苯结构的聚芳醚砜酮(PPESK)。 

其中所说的在线溶液浸渍法是将PPESK树脂溶解于氯仿(CHCl3)、N，N二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等溶剂中，制成质量百分比浓度为5-40％的PPESK树脂溶液，将连续纤维通过该树脂溶液，使其浸上定量的树脂基体，经烘道加热除去溶剂制得预浸带。 

其中所说的预浸带加热是利用辐射加热、热气体加热、火焰加热、红外加热和激光加热方法，使基体树脂熔融。 

其中所说的加压固结是指在张力和径向压力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后在压力作用下固结冷却为密实的缠绕结构。 

其中所说的连续纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或PBO纤维。