[发明专利]高韧性多层结构预浸料制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高韧性多层结构预浸料制造工艺，涉及使用韧性树脂作为基体的预浸料制造。

背景技术

随着时代的发展和科学的进步，树脂基复合材料越来越广的应用于航天航空、轨道交通、海洋装备和新能源等领域。特别是航天航空领域，已成为树脂基复合材料发展最受关注的方向。

一般来说，作为飞机主体的主承力结构件和次承力结构件所使用的树脂基复合材料，材料必备的条件之一就是具有高韧性，而树脂基复合材料的韧性可以由其冲击后压缩强度（CAI）来表征，具有高韧性即具有高冲击后压缩强度。这个条件决定了树脂基复合材料的基体树脂必须为高韧性树脂。因此如何增韧树脂使其具有更高的韧性是目前树脂研发的主流方向之一。对于一般树脂基体来说，增韧的传统做法就是在配方中加入增韧剂来提高树脂韧性，随之而来的问题就是如果增韧剂量太大，增韧后树脂就会具有相比普通树脂更高的粘度或更低的粘性。

现今使用高韧性树脂生产预浸料的方法一般为热熔两步法，工艺分为涂膜和含浸两道工序。生产预浸料时，操作人员在涂膜和含浸工序中通过高精度辊轮组挤压形成的极小间隙分别来控制树脂含量和预浸料含浸程度。通常预浸料生产设备的实际温度上限不超过120℃，而大部分高韧性树脂在该温度极限下的粘度也比较高。因此在使用高韧性树脂直接生产预浸料时，往往会因为增韧树脂粘度太高，导致预浸料生产设备被损坏或是树脂难以浸透纤维，同时，也存在因高韧性树脂添加增韧剂过多，导致树脂粘性太低，导致生产出的预浸料无法铺贴使用的问题。因此为了向航天航空领域提供满足产品设计性能要求的CAI值且兼具优良工艺性能的高韧性预浸料，很有必要研究一种新型的高韧性预浸料的制造工艺来解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新工艺，解决在生产满足航天航空结构设计要求的高韧性预浸料的过程中，现有高韧性预浸料生产技术中存在的一系列问题，比如高韧性树脂粘度大，造成生产预浸料设备容易损坏或预浸料含浸程度低，以及树脂粘性太低所引起的预浸料无法正常铺贴使用等情况。同时在原材料达到要求的前提下，保证该方法生产的预浸料相应板材的CAI性能能够得到极大的提高，用以满足航天航空的工艺设计要求。

为了达到以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种高韧性多层结构预浸料制造工艺，生产的预浸料为四层以上的多层结构，在树脂层-纤维层-树脂层三层结构的基础上，增设一层或多层的增韧层，同时相应的增设多层树脂层，具体生产工艺步骤为：

a.设计预浸料的多层结构，多层结构的基础模型为两层或两层以上的树脂层+一层或一层以上的纤维层+一层或一层以上的增韧层的构造，纤维层的上下表面直接与两层树脂层接触；例如，可以为两层树脂层+两层增韧层+一层纤维层或者三层树脂层+一层增韧层+一层纤维层或者两层树脂层+一层增韧层+一层纤维层等。

b.按照设计的预浸料的多层结构，选择在涂膜或者含浸工序中添加增韧层，然后使用热熔法预浸设备生产相应的预浸料。

进一步地，纤维层为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、石英纤维等高性能纤维中的一种或多种组合物，纤维形式为纤维束、单向织物、多轴向织物或混编织物，纤维面密度30gsm-800 gsm。

进一步地，树脂层为预浸料用韧性树脂，预浸料用韧性树脂90℃时树脂粘度保持为500-200000cPs，同时在预浸料中全部树脂层包含增韧层的质量含量为25%-50%。

进一步地，预浸料用韧性树脂中的树脂组分为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种按一定比例混合得到的组合物，且每层树脂层使用的树脂为同一种相同的树脂或是多种不相同的树脂。树脂部分为了提高其阻燃、耐腐蚀性、韧性等功能，也可以加入各种无机粒子如氢氧化铝、含卤或含磷等阻燃剂、聚氨酯增韧剂，以及改善其工艺性的流平剂、消泡剂等试剂。

预浸料的树脂体系中的固化剂组分可以为胺类、酸酐类、金属盐类、咪唑类、线性树脂低聚物类和它们的衍生物中的一种或多种的混合物，其具体成分及比例和树脂组分有关。

进一步地，增韧层和树脂层中添加的增韧剂均为热塑性增韧剂，增韧剂采用聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、改性聚芳醚砜和聚碳酸酯等中的一种或多种按一定比例组合的混合物。

进一步的，树脂层中的增韧剂的质量百分比占整个树脂组分质量百分比的5%-20%，优选10%-15%；