[发明专利]一步法制备层间增韧碳纤维预浸料的生产方法

说明书

本发明的提供一步法制备层间增韧碳纤维预浸料的生产方法，该方法所制备的层间增韧复合材料抗冲击性能优异。本发明是利用碳纤维纱间隙的过滤能力，环氧树脂中的增韧粒子无法通过纤维间隙从而停留在纤维表层，而低粘度液态环氧树脂可以充分浸润到纤维内部，达到一步法制备层间增韧碳纤维预浸料的目的。本发明的生产方法在不改变普通热熔法预浸料生产工艺流程的基础上，通过调整合适的含浸温度、间隙、压力即可实现一步法制备层间增韧预浸料。

技术领域

本发明涉及一步法制备层间增韧碳纤维预浸料的生产方法，属于复合材料领域。

背景技术

碳纤维树脂基复合材料由于具有质轻且力学性能优异等突出特点，已被广泛的应用于航空航天领域。然而，层状碳纤维/环氧复合材料抵抗厚度方向载荷的能力仍然较弱，容易发生“分层”，使这种高性能复合材料的应用受到了严重限制。因此，如何有效的抑制复合材料的分层损伤，提高层间断裂韧性，长期以来一直是该领域的研究热点。

预浸料层间增韧技术是提高复合材料抗冲击性能及断裂韧性的重要方法。层间增韧的实现方法为将韧性材料以某种形式插入复合材料层间,通过提高层间塑性区域来阻碍层间裂纹的扩展,进而提高复合材料的层间断裂韧性和抗冲击性能。传统层间增韧方法是将增韧功能组分以薄膜、粒子等形式加入到增强织物的层间,其增韧复合材料的CAI得到显著提高。但该方法通常需要先制备出预浸料，然后再在预浸料表面涂敷增韧功能组分,工艺过程较为繁琐,效率较低。且增韧材料作为独立个体,在已成型的预浸料表面进行涂敷,严重影响了预浸料在复合材料制备过程中的工艺性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一步法制备层间增韧碳纤维预浸料的生产方法，所制备的层间增韧复合材料抗冲击性能优异。该生产方法在不改变普通热熔法预浸料生产工艺流程的基础上，通过调整合适的含浸温度、间隙、压力即可实现一步法制备层间增韧预浸料。

一步法制备层间增韧碳纤维预浸料的生产方法，该方法具体为利用碳纤维纱间隙的过滤能力，环氧树脂中的增韧粒子无法通过纤维间隙从而停留在纤维表层，而低粘度液态环氧树脂可以充分浸润到纤维内部，形成环氧树脂体系，达到一步法制备层间增韧碳纤维预浸料。

环氧树脂体系，至少包含以下[A]、[B]、[C]：

[A]环氧树脂

[B]不溶于环氧树脂的增韧功能粒子

[C]环氧树脂固化剂。

根据本发明的环氧树脂体系，上述环氧树脂[A]包含多官能胺型环氧树脂、2官能胺型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂中的一种或多种。

其中，从低粘度、含浸于增强纤维的含浸性优异、以及用作纤维增强复合材料时的耐热性和弹性模量等力学物性优异的方面考虑，可以优先选用缩水甘油基胺型环氧树脂。上述缩水甘油基胺型环氧树脂大致分为多官能胺型环氧树脂和2官能胺型环氧树脂。

从所得树脂固化物的耐热性和弹性模量等力学物性的均衡性优异的方面考虑，作为本发明中的环氧树脂[A]优先选用多官能胺型环氧树脂。优选在全部环氧树脂中含有40-70％质量的上述多官能胺型环氧树脂。

作为缩水甘油基胺之外的环氧树脂，可以优选使用以酚作为前体的缩水甘油基醚型环氧树脂。

其中双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂为低粘度，并且赋予交联密度低的结构因而得到韧性更高的结构，所以优选与其他环氧树脂组合使用。

根据本发明的环氧树脂体系，上述不溶于环氧树脂的增韧功能粒子[B]包括但不限定为橡胶弹性体、热塑性树脂粒子、热固性树脂粒子、无机刚性增韧粒子及其杂化粒子等。

此处，不溶于环氧树脂是指将分散有上述增韧粒子的环氧树脂固化加热时，粒子不溶于环氧树脂中；在环氧树脂固化体系中，粒子实质上不从原有尺寸缩小，粒子与基体树脂之间具有明确的界面。