[发明专利]一种无机纳米粒子/热塑性颗粒协同增韧树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无机纳米粒子/热塑性颗粒协同增韧树脂基复合材料及其制备方法，属于复合材料高性能化技术领域。本发明通过简单易行、成本低的方法，将无机纳米粒子和热塑性颗粒同时均匀有效稳定的引入到树脂基复合材料层间，实现了对复合材料的协同增韧，增韧效果远远高于单独使用无机纳米粒子或热塑性颗粒增韧的效果，大大提高了复合材料的层间断裂韧性，扩展了复合材料的应用领域。

技术领域

本发明涉及一种无机纳米粒子/热塑性颗粒协同增韧树脂基复合材料及其制备方法，属于复合材料高性能化技术领域。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、高比模量、可设计性强等优异性能，被广泛应用于航空、航天、航海、汽车、工业等多个领域。然而由于复合材料层间主要靠基体传递载荷，而树脂基体高度交联的网络结构使得其较脆，从而导致复合材料层间断裂韧性较低，容易发生分层损伤，大大降低了树脂基复合材料的综合性能。随着各个领域对复合材料性能要求的提高，尤其是对高韧性的要求，使树脂基复合材料的增韧成为了先进复合材料研究的重要方向。常用的增韧复合材料的方法包括Z向增韧、界面改性、基体增韧、层间增韧等。其中，层间增韧方法的综合性能最佳，目前复合材料层间增韧方法包括层间薄膜增韧、层间纤维增韧和层间粒子增韧等等。虽然这几种方法对复合材料都有一定的层间增韧效果，但增韧效果有限，且有时对操作工艺有特殊要求等，这都无法满足对先进复合材料更高的增韧需求。因此，需要发展一种能大幅提升复合材料层间增韧效果的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种同时采用无机纳米粒子和热塑性颗粒对树脂基复合材料层间协同增韧的方法，对复合材料层间增韧效果显著提高，所涉及的高韧性复合材料的制备方法操作简单。

本发明针对先进复合材料需要进一步提高其层间增韧的要求，提供了一种新型的无机纳米粒子/热塑性颗粒协同增韧树脂基复合材料的方法，这种方法具有操作易、成本低等特点，并能大幅提升复合材料层间增韧效果。

本发明提供了一种无机纳米粒子/热塑性颗粒协同增韧树脂基复合材料的方法，步骤如下：

1)将无机纳米粒子溶于乙醇溶液，超声震荡后均匀喷涂于纤维增强树脂基预浸料表面的一面，喷涂完成后，烘干，冷却至室温；

2)将热塑性颗粒均匀分布于步骤1)所述喷涂有无机纳米粒子一面的纤维增强树脂基预浸料表面，将所得纤维增强树脂基预浸料加热至一定温度后，冷却至室温；

3)将模具放入净化间内，将步骤2)所得纤维增强树脂基预浸料逐层铺设到模具中，采用真空袋-热压罐成型方法固化成型后，待热压罐内温度降至室温，脱模，即得。

进一步地，上述技术方案中，所述步骤1)中无机纳米粒子包括纳米羟基氧化铝、纳米Fe₂O₃粒子、纳米蒙脱土、羧基化多壁碳纳米管。

进一步地，上述技术方案中，所述步骤1)中无机纳米粒子在纤维增强树脂基预浸料中的浓度为0.5wt％～2wt％。

进一步地，上述技术方案中，所述步骤1)中超声震荡的时间为0.5-2h；喷涂完成后于75-85℃下烘干0.5-1.5h。

进一步地，上述技术方案中，所述步骤2)中热塑性颗粒为微米量级热塑性颗粒，具体包括聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚砜、双马来酰亚胺、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯硫醚。

进一步地，上述技术方案中，所述步骤2)中热塑性颗粒采用分样筛均匀分布于步骤1)所得纤维增强树脂基预浸料表面的一面，热塑性颗粒在树脂基体中的浓度为10-30wt％；所述步骤2)中加热温度为75-85℃，加热时间为5分钟。

进一步地，上述技术方案中，所述步骤3)中将模具放入净化间之前还需要用乙醇擦拭模具，待乙醇挥发完后，在模具表面贴上脱模布。