[发明专利]具有高冲击后压缩强度的层压板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高冲击后压缩强度的层压板及其制备方法。所述方法将碳纤维增强树脂基复合材料预浸料单向带以[45/0/‑45‑90]_ns、n＝3或4的铺层顺序铺层，将预浸料坯件和辅助材料进行组合装袋，然后将组合坯件送入热压罐，按树脂体系的固化工艺制备层压板。本发明采用特定的铺层顺序，结合热压罐成型工艺，在不添加其他增强成分的前提下明显提高了CFRP层压板的冲击后压缩性能，为其性能的进一步优化提供了基础。

技术领域

本发明属于先进复合材料技术领域，涉及一种具有高冲击后压缩强度的层压板及其制备方法。

背景技术

碳纤维预浸料是一种制备高性能碳纤维增强复合材料(CFRP)的极为重要的新型中间基材，随着CFRP在航空航天等高新技术领域的应用逐渐广泛，对碳纤维预浸料层压板制备工艺的要求逐渐提高。其中，热压罐成型工艺由于其能在很大范围内适应各种材料对加工工艺条件的要求，受到广泛关注。

CFRP层压板的力学性能直接影响碳纤维预浸料的研制与应用，其中，落锤冲击后层压板的损伤特性以及其压缩性能是复合材料结构损伤容限设计必须考虑的严重情况之一，甚至可以用来对CFRP韧性进行表征。因此CFRP层压板冲击损伤及其冲击后压缩强度(CAI)的试验研究一直是许多研究者关注的中心。文献1对环氧树脂进行改性处理，采用真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺分别制备了[±45/0/90]_S、[908]_T、[08]_T三种铺层角度下的CFRP层合板。与其他铺层角度相比，[±45/0/90]_S铺层CFRP有效抑制了冲击裂纹的扩展，其冲击后压缩强度达到124.8MPa(王森，赖佳美，阮金琦等.不同粒子改性环氧树脂基碳纤维复合材料低速冲击及冲击后压缩强度.材料导报，2021，35(2).)。文献2利用浸渍提拉法制备PEK-C膜，通过热压成型制备了层间增韧CFRP层合板，其冲击后压缩强度最佳可达186.67MPa(姚佳伟，刘梦瑶，牛一凡.PEK-C膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能.复合材料学报，2019，36(5).)。综上所述，现有的CFRP层压板的冲击后压缩强度仍有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高冲击后压缩强度的层压板及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

具有高冲击后压缩强度的层压板，由碳纤维预浸料单向层组成，铺层顺序为[45/0/-45-90]_ns，n＝3或4。

本发明中，所述的碳纤维预浸料为本领域常规使用的碳纤维预浸料，例如T800级碳纤维预浸料、T700级碳纤维预浸料等。

本发明所述的具有高冲击后压缩强度的层压板的制备方法，包括以下步骤：

(1)模具准备：用软质材料清理模具，后在模具上涂抹脱模剂；

(2)裁切与铺层：使用预浸料裁切机裁切适当数量的碳纤维预浸料单向带，再以[45/0/-45-90]_ns、n＝3或4的铺层顺序将预浸料单向带铺层；

(3)组合与装袋：将制件预浸料坯件和辅助材料进行组合并装入真空袋，确保真空袋与周边密封胶条不漏气；

(4)固化与出罐脱模：待复合材料坯件组合装袋完成后，采用热压罐成型工艺，以树脂体系的固化制度进行升温加压固化，固化结束后，保压降温，卸压出罐并脱模，制得具有高冲击后压缩强度的层压板。

本发明的碳纤维预浸料中的树脂体系为常规使用的树脂体系，例如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯等。