[发明专利]一种真空袋成型工艺用碳纤维/增韧环氧树脂预浸料的制备方法

说明书

本发明公开了一种非热压罐真空袋成型工艺用碳纤维/增韧环氧树脂预浸料的制备方法。该方法通过控制树脂配方、固化剂和增韧剂的粒径、树脂体系配置的工艺条件，控制固化剂与增韧剂在环氧树脂中的溶解程度和粒径，同时起到两方面的改性效果：一、对树脂体系增韧；二、满足非热压罐工艺对预浸料中树脂粘度和室温储存期的要求。将配置的环氧树脂体系制备成胶膜，进一步采用胶膜压延法制备碳纤维/环氧树脂预浸料，通过控制胶膜与碳纤维复合时的压力和温度得到半浸渍预浸料(非饱和浸渍预浸料)。

技术领域

本发明为一种碳纤维/增韧环氧树脂预浸料的制备方法，更具体地说，是指适用于非热压罐真空袋成型工艺的碳纤维/增韧环氧树脂预浸料的制备方法，包括增韧环氧树脂的制备和非饱和浸渍预浸料的制备。

背景技术

碳纤维增强环氧树脂基复合材料由于其质轻高强、成型固化工艺性好、综合性能优异等原因，在航空航天和民用领域应用非常广泛，是最为常见的先进复合材料种类之一。在航空航天领域，往往以碳纤维/环氧树脂预浸料为中间材料，以热压罐工艺为成型固化方法，制备高质量的复合材料产品。

相比传统的热压罐成型工艺，非热压罐成型工艺(Out ofAutoclave,OoA)是指不用热压罐而制造出具有与热压罐工艺相同或相近性能和质量的复合材料制件的工艺方法。其中非热压罐真空袋成型工艺，以预浸料为原材料，依靠真空压力排出预浸料和树脂中的夹杂空气及挥发分，并且仅使用烘箱或固化炉加热固化，在降低成本、提升大型制品的可制造性方面具有很大优势。但为了达到与热压罐成型工艺同样的成型质量，OoA工艺对于预浸料及其树脂体系的要求更高，尤其对树脂的固化和流变特性以及预浸料中树脂对纤维的浸渍状态要求较为苛刻。

为了更好地排出夹杂空气及挥发分，OoA预浸料中含有未被树脂浸渍的干纤维作为导气通路，通过固化前抽真空排出预浸料中的气体以降低最终制件中的孔隙含量，保证足够高的纤维密实程度。制备OoA预浸料的树脂在室温下的粘度应较高以维持抽真空过程中干纤维所形成的导气通路的畅通，而在高温下的树脂粘度应较低以实现充分地流动，完全浸渍纤维。另一方面，OoA工艺需要在室温下对预浸料坯料进行较长时间的抽真空预压实操作以充分排出气体，要求预浸料的室温储存期更长，即置于室温下一定时间内树脂的固化反应程度足够低，以保证树脂流变特性的变化在成型工艺可接受的范围内。此外，还要求OoA预浸料中的挥发分含量低、能够在较低温度下固化等，进一步保障复合材料制造质量、降低制造成本。

一般环氧树脂的脆性较大，韧性低，需要在树脂配方中加入增韧剂以提高复合材料的韧性。对于航空航天用碳纤维/环氧树脂预浸料，高性能热塑性树脂是最为常用的增韧剂，热塑性树脂可以直接加入环氧树脂中，也可以分布于预浸料表面，从而在复合材料层间形成增韧层，即层间增韧。国内外目前已公开的OoA预浸料相关专利通常使用热塑性增韧剂进行层间增韧。专利CN103429371和专利CN104023979都公开了在部分浸渍的预浸料表面增加热塑性树脂微粒或纤维，以提高复合材料韧性的方法。对于OoA预浸料，如果采用层间增韧方法，增韧粒子存在于预浸料层间，可能会阻碍OoA预浸料的导气通路。但如果使增韧剂溶解于环氧树脂中进行增韧，则树脂的粘度太高，会阻碍高温下树脂的流动和对纤维的浸渍，使固化后制件的孔隙率偏高，影响制件的成型质量。此外，加入热塑性树脂的环氧树脂体系粘度较高，往往需要在较高温度下将各组分混合配置，这会使固化剂与环氧树脂发生较为明显的固化反应，影响树脂的流动性和室温储存性，也会影响半浸渍预浸料的制备。专利CN105109068公开了通过调整树脂体系粘度使其满足制备OoA预浸料要求的方法，但未对树脂原料及树脂的制备过程提出要求。

在生产过程中，需要设计一种适用于OoA真空袋成型工艺用碳纤维/增韧环氧树脂预浸料的制备方法，对树脂体系的配置过程进行控制，使树脂体系同时满足增韧和制备OoA预浸料的工艺性要求。

本发明的目的是提供一种适用于非热压罐真空袋成型工艺的碳纤维/增韧环氧树脂预浸料的制备方法，包括增韧环氧树脂的制备和非饱和浸渍预浸料的制备方法。

发明内容