[发明专利]预浸料坯、纤维增强复合材料以及纤维增强复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备纤维增强复合材料的预浸料坯，在放置在仅真空袋内进行处理时调节固化速度实现完全固结从而使加工时间最短，进而在升高至第2保持温度之前固化至特定的比例以抑制由预浸料坯中的挥发物导致的气泡增大。该方法也适合热压罐处理。

背景技术

纤维增强复合材料(FRC)轻质且强度、刚性等机械性能优异，所以，被广泛用于飞机构件、太空飞行器构件、汽车构件、轨道机车构件、船舶构件、运动器材构件、以及膝上型计算机的外壳等计算机构件，并且这样的需求逐年递增。在这些领域中，飞机构件和太空飞行器构件要求特别优异的机械性能和耐热性，所以作为增强纤维最常用碳纤维。本文中，作为太空飞行器构件可以举出在人造卫星、火箭和航天飞机等中使用的构件。

FRC部件可以使用预含浸了基体成分的纤维(也称为预浸料坯)来制备。为了由预浸料坯形成复合材料部件，可以将一层或多层预浸料坯在模具内组合，加热、使基体树脂流动，从而使预浸料坯层固结。有时所施加的热可引起基体成分固化或聚合。

但是，以这种方式使预浸料坯固结、形成复合材料比较困难。虽然已开发了加快去除在制备复合材料时所封入的气体的技术，但仍然存在问题。在完全固结以前通过空气流路的排气所进行的空气排出不充分，导致气体滞留。将预浸料坯用于结构大、形状复杂及层合排列时，由于一部分预浸料坯与外侧空气的流路断开，挥发性物质的去除受到阻碍。还有，热压罐或仅放置在真空袋内的处理的压力不充分时会使得FRC部件的孔隙率增加。为了减少这些挥发性物质从基体分离并且减少由滞留气体导致的孔隙增大，可采取降温固化。可是，由于固化温度低时基体树脂的固化时间变长，所以加工时间变长。对于层间增强体系等特定的体系来说，如果基体树脂固化太快，则没有足够的时间使预浸料坯完全固结。

发明内容

本发明的一个实施方案涉及一种预浸料坯，其包含热固性树脂和热固性树脂中的增强纤维，所述预浸料坯在放置在仅真空袋内这一条件下固化时满足下述条件(1)和(2)：

(1)   100≤t_i≤2000

(2)   t_i<t₂₀≤350

式中，t_i＝t₁+t₂(以分钟表示)，t₁是从20℃到最初保持温度120℃的时间(以分钟表示)，t₂是在120℃下直到预浸料坯达到衰减30％(采用超声无损检验(NDI)法测定)的时间(以分钟表示)。

t₂₀＝t₁+t₃(以分钟表示)，t₁是从20℃到最初保持温度120℃的时间(以分钟表示)，t₃是在120℃下直至预浸料坯达到固化度20％(采用差示扫描量热法(DSC)测定)的时间(以分钟表示)，其中，所述热固性树脂含有促进剂，所述促进剂用于在保持固结时间t_i的同时缩短t₂₀。所述热固性树脂优选在120℃时的粘度范围是120泊～300泊。所述预浸料坯还可含有位于该预浸料坯表面的热塑性颗粒。该预浸料坯的含浸率优选是约20％～约95％。所述预浸料坯优选满足下述条件(1)和(2)；

100≤t_i≤2000

80≤t₂₀≤150。

所述热固性树脂优选含有促进剂用于在保持固结时间t_i的同时缩短t₂₀。该促进剂优选含有酚基和/或磺酸酯基。促进剂的量优选是约0.5～约10重量份/100重量份热固性树脂。所述预浸料坯优选包含含有磺酸酯基的成分。所述预浸料坯优选包含含有焦儿茶酚基的成分。所述预浸料坯优选包含含有甲苯磺酰基的成分。另外优选，当将所述热固性树脂在180℃下固化2小时时，促进剂不会使热固性树脂的Tg降低至低于180℃。

另一个实施方案涉及含有热固性树脂的预浸料坯的处理方法，该方法包括：通过将热固性树脂放入真空袋内在烘箱中使其固化，来决定固结时间，以及测定预浸料坯的衰减损失，记录衰减损失达30％时的时间，并测定所述热固性树脂的固化率达20％时的时间。

其他实施方案涉及一种含有热固性树脂和该热固性树脂中的增强纤维的预浸料坯的处理方法，其中，所述热固性树脂含有促进剂用于在保持固结时间t_i的同时缩短t₂₀，