[发明专利]一种预浸料增韧材料、高韧性预浸料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种预浸料增韧材料、高韧性预浸料及它们的制备方法，主要解决了热熔法预浸料用热塑性树脂增韧环氧树脂基体导致体系粘度升高，工艺操作性变差且对碳纤维浸渍效果变差的问题。通过将改性粘土与热塑性树脂超细颗粒作为增韧剂分配到环氧树脂中然后作为增韧层的方式解决上述问题。所述预浸料增韧材料，包括环氧树脂100份、改性粘土2～200份、热塑性树脂2～200份。由本发明提供的高韧性预浸料可极大地降低体系粘度，具有良好的工艺性，其层压板冲击后压缩强度高，可用于各种碳纤维复合材料主承力结构和非承力件的制备。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体地说，是涉及一种预浸料增韧材料、高韧性预浸料及它们的制备方法。

背景技术

先进树脂基复合材料具有比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀，可设计性强等性能特点，得到广泛应用，是航天航空飞行器主承力结构件优选的轻量化、高性能材料之一，在航天航空、军工、汽车轻量化等众多领域广泛应用，且应用比重日益增大。按韧性高低，先进树脂基复合材料分为三代。由于第一代复合材料呈现脆性材料性能特征，层合板的性能对冲击载荷引起的损伤、特别是分层损伤敏感，为此，要求开发增韧环氧树脂基体和改进纤维增强方式等措施提高抗冲击的能力。第二代复合材料为增韧改性的树脂基复合材料，所用基体树脂为977、6376、5260等热塑性树脂增韧体系，增强纤维以东丽公司T800H和Hercules公司的IM7中模高强碳纤维为代表。典型应用是波音公司B777飞机尾翼以及其它飞机的机翼、机身、平尾、地板梁、舱门、整流罩、发送机叶片等。作为民机机体结构减重的候选方案，波音公司提出碳纤维性能改进指标，并制定了碳纤维增强材料、中模量高强度纱和织物标准BMS8-17。1990年5月波音公司又提出了高韧性碳纤维环氧预浸料标准(BMS8-276)，提出了适合民机主承力结构用复合材料的技术指标体系，第三代高韧性树脂基复合材料应运而生，采用富树脂层间增韧或插层增韧技术，大大提升了冲击后压缩强度(CAI)，代表性基体树脂为Toray 3900、Hexcel8552等，具有代表性的东丽高韧性T800/3900预浸料主要用于波音公司B787主承力结构复合材料。

高CAI要求复合材料具有高韧性，而提高韧性的主要途径是进行基体树脂增韧和层间增韧。基体树脂增韧优先考虑采用热塑性树脂作为增韧剂，在提高韧性的同时能保证复合材料的耐热性不会下降。Hexcel公司专利EP2607411采用聚醚砜(PES)树脂和聚酰胺(PA)粒子对环氧树脂基体进行复合增韧改性，PES以完全溶解的方式存在于环氧树脂中而PA粒子则以分散状态存在于环氧树脂中，采用该增韧树脂基体制备的碳纤维预浸料其层压板CAI可达到350MPa。由于热塑性树脂含量接近30wt％，该增韧树脂基体的黏度很高，对树脂基体的混合工艺和后续的涂膜、预浸工艺要求很高。益小苏等提出了“离位增韧”技术(CN1923506A)，用以解决高含量热塑性树脂直接溶解或分散在树脂基体中所造成一系列工艺问题。“离位增韧”技术将热塑性树脂以薄膜、粉末等形式置于两层经低粘度树脂基体浸渍的碳纤维层之间，有针对性地提高复合材料的层间韧性，从而显著提高复合材料的CAI。中国专利CN104842619A提供了一种高韧性多层结构预浸料制造工艺，在树脂层-纤维层-树脂层三层结构的基础上，增设一层或多层增韧层，增韧层以薄膜、粉末或者织物等形式存在，增韧后的复合材料CAI达到260MPa。尽管上述增韧技术取得了较好的增韧效果，但是同时也带来其它的问题，如“离位增韧”将导致预浸料粘性的丧失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中预浸料层压板冲击后压缩强度低，难以满足复合材料性能要求，提供一种预浸料增韧材料以及由此材料得到的高韧性预浸料，通过在浸渍后的增强纤维表面覆盖一层富含改性粘土和热塑性树脂颗粒的增韧层，解决了热塑性树脂增韧环氧树脂基体导致体系黏度高，制备难度高且浸渍纤维效果差的问题，同时因为增韧层中环氧树脂的存在，可以保持预浸料的粘性，显著提高了层压板的冲击后压缩强度。

本发明的目的之一为提供一种预浸料增韧材料，包括环氧树脂以及分散在环氧树脂中的改性粘土和热塑性树脂，以重量份计：

环氧树脂 100份；