[发明专利]一种增韧的叠层复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料的增韧技术领域，涉及一种增韧的叠层复合材 料及其制备方法。

背景技术

连续碳纤维增强的树脂基叠层复合材料越来越多地用于飞机主结 构材料,如A380、B787等都使用了大量的复合材料。但这种材料的抗低 速冲击问题以及由此带来的防冰雹冲击问题也遭到了质疑。国内外针对 叠层复合材料的增韧进行了大量了的研究，在研究前沿上，如构造纤维 和碳纳米管微纳米杂化结构，利用分子自组装技术成长刚棒进行树脂内 增韧，掺杂碳纳米材料。但这些方法仅仅只适用于基础研究上，总会遇 到成型加工性上的问题如工艺流程繁难、体系黏度大等，且真正的增韧 效果并不看好。

传统的方法则有如原位增韧，如扩链增韧和形成互穿网络结构增 韧，韧性则和交联密度有关，但韧性提高的结果往往是体系黏度变大工 艺性变差、复合材料面内性能下降。而且树脂基体的韧性也不能有效转 化到复合材料的抗低速冲击损伤性能上去。

较为广泛采用的方法则大多可以归属到层间增韧的插层技术，即在 层间放入热塑性树脂颗粒、橡胶粒子、热塑性薄膜、热塑性纤维无纺布 等使层间韧性得到提高。如CN101220561发展来的“离位”增韧技术， 将热塑性树脂置于纤维铺层之间，而在工艺条件下则树脂溶解随后又发 生分相形成复相结构，经过固化成型后层间多层次多相增韧相结构不降 低其他力学性能，且使复合材料的压缩后冲击强度(CAI)提高100%以上， 但对热塑性树脂的溶解性要求比较苛刻，若热塑性树脂在热固性树脂中 具有一定溶解度则在注胶过程中导致增粘难以流动和被冲刷分散不均 等现象；如WO9009410-A等将分散性颗粒加入层间用于增韧，但这种将 分散性热塑性颗粒加入后颗粒结构和形貌几乎不发生改变，但分散性颗 粒不易附着于碳纤维织物表面且容易产生粉尘污染；还有一种被实际应 用的方法则是在层间加入尼龙无纺布等材料，能使复合材料的层间断裂 韧性和CAI得到大幅度提高，但无纺布的纤维在层间倾向于层间分布， 这在原理上不利于层间断裂韧性的提高；专利201110376947.9则提出 了一种利用在层间利用聚酰亚胺泡沫前驱体在层间发泡并构建增韧物 质的三维连续结构，但这种方法在发泡时需要经过较高的温度处理使聚 酰亚胺泡沫前驱体转变为聚酰亚胺,不利于实际生产过程。

发明内容

本发明的目的：针对以上技术的不足之处,本发明提出了一种增韧的 叠层复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种增韧的叠层复合材料，叠层复合材料由碳纤维铺层、被压缩的 柔性泡沫薄层、固化的基体树脂组成。碳纤维铺层和被压缩的柔性泡沫 薄层一层层叠在一起组成叠层复合材料的骨架，固化的基体树脂浸渍并 充满整个叠层复合材料。被压缩的柔性泡沫薄层以插层形式分布于叠层 复合材料的碳纤维铺层的层间，泡沫薄层的数量和碳纤维铺层数量之比 在0.5～1之间，且每两个相邻碳纤维铺层的层间中插层的柔性泡沫薄层 数量不多于1层，且优先分布于叠层复合材料的中心层间和靠近叠层复 合材料中心的层间。被压缩的柔性泡沫薄层厚度小于60μm，单位面积 质量在5～40g/m²之间。

制备方法为首先将柔性泡沫体切割成薄片状，薄片的面密度为 5～40g/m²，其中柔性泡沫体指的是开孔的泡沫，通孔率在95%～100%， 体密度为1～20kg/m³，其中薄片在5Mpa的压力下厚度小于60μm；随后 将切割得到的泡沫薄片放置进入传统连续碳纤维叠层复合材料所用的 碳纤维织物或预浸料的层间，每一个层间插层的柔性泡沫薄层数量不多 于1层，且优先插层叠层复合材料的中心层间和靠近叠层复合材料中心 的层间，最后压缩成制件所需要的尺寸，按基体树脂的成型条件固化成 型。

所述的柔性泡沫体的材料为聚酰亚胺、尼龙、聚芳醚酮、聚醚酰亚 胺、聚醚砜、聚醚醚酮、三聚氰胺、聚氨酯、PMI、聚乙烯。

碳纤维及其织物的种类和形式包含各种商业化的碳纤维T300、 T800、T700、CCF300，其编织方式可以为单向、平纹、斜纹、缎纹。

基体树脂为环氧树脂、苯并噁嗪树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚 胺树脂。

成型固化工艺可以为热压罐成型、RTM、模压、真空辅助或真空袋 成型。

本发明的优点和特点是：