[发明专利]聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法、纤维预制体和复合材料板

说明书

本发明提供一种聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)制备聚酰亚胺纺丝液；B)通过静电纺丝法将所述聚酰亚胺纺丝液喷涂于纤维布或预浸料表面，得到聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料；所述聚酰亚胺纺丝液的浓度不同，所述聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的聚酰亚胺层微纳结构形貌不同。本申请还提供了纤维预制体和复合材料板。本申请提供的聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法通过对电纺液浓度的调节，构筑不同的微纳结构形貌，而不同的结构形貌也会触发不同的增韧机制，进而产生不同的层间增韧效果。本发明提供的方法并不影响复合材料原有的成型工艺，处理方式机动灵活，且层间增韧效果显著，具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及纤维复合材料技术领域，尤其涉及聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法、纤维预制体和复合材料板。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料(FRP)以其优异的力学性能在飞机、汽车、体育用品、建筑结构加固以及海洋平台等领域得到了广泛的应用。但受到树脂本征脆性和层状结构特性的影响，其沿厚度方向的承载能力较低，容易发生分层损伤。

层间增韧技术是提高FRP复合材料韧性和抗分层能力的有效途径，该方法是在复合材料易分层的层间区域插入增韧材料，从而提高复合材料的分层阻抗。相对于第一代单相基体复合材料及第二代复相基体复合材料而言，层间增韧复合材料也被称为第三代复合材料。层间增韧方式可以按增韧材料的结构形貌分为颗粒增韧、胶膜增韧以及纤维增韧。连续性胶膜虽然能提高复合材料的层间断裂韧性，但胶膜厚度难以控制、工艺性能差，不适工业化应用。层间颗粒增韧和纤维增韧可以克服上述缺点，且增韧幅度更高，因此具有重要的研究和应用价值。

聚酰亚胺(PI)由于其优异的性能在纤维增强树脂基复合材料中得到广泛的应用。一些研究人员采用热塑性聚酰亚胺(TPI)颗粒对邻苯二甲腈树脂复合材料进行层间增韧改性，发现PI颗粒的引入会显著提高复合材料的层间断裂韧性，但随PI的质量分数进一步提高，将产生粒子团聚缺陷，导致复合材料的层间剪切强度下降。另外，通过撒粉到中间层实现层间颗粒增韧的方式并不能保证撒粉的均匀性，过程较难控制，从而导致实验的重复性较差，而且通过市面购买的PI颗粒通常难以控制其尺寸。因此，聚酰亚胺作为层间增韧材料形貌控制具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法，本申请提供的制备方法可提高聚酰亚胺的分散均匀性，进而发挥层间增韧效果。

有鉴于此，本申请提供了一种聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)制备聚酰亚胺纺丝液；

B)通过静电纺丝法将所述聚酰亚胺纺丝液喷涂于纤维布或预浸料表面，得到聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料；

所述聚酰亚胺纺丝液的浓度不同，所述聚酰亚胺层间增韧纤维复合材料的聚酰亚胺层微纳结构形貌不同。

优选的，所述聚酰亚胺层微纳结构形貌为纤维状、球状、珠状和管状中的一种或多种。

优选的，所述聚酰亚胺纺丝液的浓度为10～40wt％。

优选的，所述聚酰亚胺纺丝液中聚酰亚胺的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、间甲酚、氯仿和二氯甲烷中的一种或多种。

优选的，所述纤维布选自碳纤维、玻璃纤维、金属纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维和植物纤维中的一种或多种。

优选的，所述静电纺丝法的静电纺丝电压为10～20kv，纺丝速度为1～2ml/h，接收距离为15～20cm，温度为20～30℃，湿度为35～45％，时间为24～40min。