[发明专利]一种复合材料层间增韧的方法

说明书

本发明公开了一种复合材料层间增韧的方法。通过将高韧性可溶可熔树脂在开孔的低密度的泡沫体薄片的泡孔上分配复合，使复合结构具备更好的增韧效果，保持良好的通透性，并且增韧结构具有高可设计性，可对复合材料具有更佳的增韧性能和良好的工艺性。

技术领域

本发明涉及结构复合材料的制备技术领域，具体地说是一种复合材料层间增韧的方法。

背景技术

连续碳纤维增强树脂基复合材料具有高的比强度、比刚度，因此在一些高端材料应用领域，如航空航天、船舶、能源等领域得到了大量的应用，尤其在飞机的主结构材料上的应用越来越多，如A380、B787等都使用了大量的复合材料。

连续碳纤维增强树脂基复合材料由于其基体树脂为热固性树脂，具有本征的脆性，因此这种材料遇到的一个重要问题是抗低速冲击问题，导致了防冰雹冲击、防鸟撞冲击能力弱等问题，低速冲击造成了层间富树脂区域的断裂，形成分层损伤，这种损伤目视不明显，但会导致材料的压缩强度大幅度下降，带来了巨大的潜在危险。

叠层复合材料的增韧是当前研究的一个重要方向，主要方法有纳米结构增韧和热塑性树脂增韧。纳米结构增韧方法有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，掺杂碳纳米材料，但大多还处于基础研究阶段，遇到的工艺性、分散性、实际效果欠佳等问题较多。热塑性树脂增韧是目前应用的主要方法，包含原位增韧，层间插层增韧等技术，应用简单且效果明显。如CN101220561发展来的“离位”增韧技术；如WO9009410-A等将分散性颗粒加入层间用于增韧；层间加入尼龙无纺布等材料；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。

层间热塑性树脂韧性物质的分布会影响复合材料的最终断裂模式，如201210342254.2利用软印刷制备双面带表面微结构的薄膜，并用于增韧后，复合材料I型层间断裂韧性相对于平膜增韧略减小，而II型层间断裂韧性得到了很大幅度的提高，表明改变了复合材料层间增韧物质的分配可大幅度改变复合材料韧性，但目前分配方法不多。而且带表面微结构的薄膜也只是起到面内的物质分布，难以得到层间三维空间内的分配，因此需要发展新型的层间韧性物质分配方法以及相应的层间增韧方法。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种复合材料层间增韧的方法。该方法具有良好的工艺性，并能使复合材料具有更好的韧性。

为实现以上技术目的，本发明一种复合材料层间增韧的方法，是将开孔的低密度的泡沫体薄片与树脂溶液复合，去除溶剂后得到复合增韧结构薄层，将其插层到碳纤维铺层或碳纤维预浸渍料层间，然后按叠层复合材料的制备工艺和固化工艺得到最终复合材料；

其中所述树脂溶液为热塑性树脂溶液或热塑性树脂与未固化的复合材料基体树脂的共混树脂的溶液；所述热塑性树脂可溶于未固化的复合材料基体树脂，混合树脂中热塑性树脂和基体树脂的比例高于1：2，热塑性树脂或共混树脂的溶液的粘度在复合温度下低于2Pa.s。

作为优选，开孔的低密度的泡沫体薄片的厚度在无压力作用下应大于10μm，在1.2MPa压力作用下小于40μm，孔径小于500μm，构成泡沫体的纤维直径小于20μm，泡沫的体密度低于10kg/m³；

作为优选，泡沫体与树脂复合结构中树脂或共混树脂用量在10～40g/m²。

作为优选，用于与泡沫体复合的树脂为随机在泡孔中分布，或按一定排布规则在泡孔中分布。

作为优选，所述泡沫为选自下述材质的开孔泡沫: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。

作为优选，碳纤维及其织物选自商业化的碳纤维T300、T800、T700、CCF300，其编织方式可以为单向、平纹、斜纹、缎纹。