一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法。其采用软模板、硬结构复合薄层和复合材料铺覆后按复合材料的成型工艺成型，并调节成型压力，其硬结构复合薄层由具有表面起伏的微观结构的硬结构薄层和树脂薄膜复合而成，从而得到表面微观结构为硬结构薄层与软模板上复制的表面微结构的叠加的多元组合微结构表面的复合材料，其制备方法可以使传统的复合材料一体成型得到具有各种不同结构的功能表面，并且能够制备具有复杂的多元表面微结构，并且避免了复合材料成型过程中纤维对表面结构的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法
本专利技术涉及一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法,属于结构复合材料的制备

技术介绍
连续纤维增强的树脂基复合材料以其高的比强度和比刚度，逐渐代替传统的金属材料，在航空航天等高端应用领域发挥越来越重要的应用，如波音B787、空客的A380等大型飞机都采用了大量的复合材料结构。随着碳纤维等连续纤维生产成本的进一步降低，在民用领域也逐渐得到的推广。连续纤维增强的复合材料通常由层叠的连续纤维织物和树脂复合而成，或者通过连续纤维缠绕形成预制体，再和浸渍其中的树脂共固化得到复合材料结构体。由于树脂基体本身的一些特征，如不导电、抗冲击性能差、表面易结冰等问题使其必须采取相应的防护措施，这带来了结构增重。结构功能一体化是材料未来发展的趋势，也是复合材料的未来发展趋势。如飞机在防雷击需要复合材料具有较高的导电性能够分散雷击电流、防冰需要复合材料具有电热除冰能力、低黏附表面、动态表面等能够降低水汽凝结、溶解冰层和脱附冰层的功能等。实现结构功能一体化的方法有引入功能结构、表面结构、复合材料自身功能化改性等方法。实现结构功能一体化复合材料的一个途径是表面微结构化，这些结构很多模仿自天然结构的特殊功能性。目前在复合材料表面构造微观结构的方法有：（1）表面涂层，现有一些方法如表面涂层技术也可以实现部分微结构的制备，如超疏水涂料可被应用于复合材料的防冰结构，这种技术模仿了天然荷叶的结构；（2）纳米印刷方法，即将模具表面刻蚀出微结构，再将复合材料在表面成型，但也具备一些问题，如刚性模具脱模困难、结构制备费用昂贵、只能刻蚀简单沟槽结构等，目前仅用于制备粗糙表面提高材料粘结性。（3）最近发展了一种软刻蚀技术，可以在复合材料表面制备各种各样的微观结构，并且可用于复杂结构的制备，由于复合材料中纤维的存在会一定程度上影响软模板的结构复制，造成局部结构变形。此外，实现表面微观结构的多元组合可能为材料带来新的功能，发展多功能或新颖功能的材料，但目前尚无相关报道的技术去制备表面具有这种结构的复合材料。综上，本专利技术根据在上述软刻蚀技术的基础上，进一步发展这种新型的具有表面微结构复合材料的制备技术，得到具有多元组合结构表面的复合材料。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题并达到上述目的，本专利技术提出一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法，该方法是基于软印刷技术的具有多元微结构表面的复合材料的制备技术，可先在选定的微结构表面聚合得到软模板，再将硬结构薄层和树脂薄层复合成为硬结构复合薄层，再将软模板铺贴在硬结构复合薄层上，再铺贴到复合材料本体预制体的表面，按复合材料相应的成型工艺成型，并调节成型压力，得到具有多元组合微结构表面的复合材料，其表面微观结构为硬结构薄层与软模板上复制的表面微结构的叠加，并且避免了复合材料成型过程中纤维对表面结构的影响。为了实现本专利技术，其采用了如下技术方案：一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：该复合材料为层状结构,自上而下由通过共固化形成的表面微结构、硬结构复合薄层和复合材料本体组成,硬结构复合薄层由具有表面起伏的微观结构的硬结构薄层和树脂薄膜层状复合而成，硬结构复合薄层上表面具有由硬结构薄层的微观结构和通过表面具有反相微结构的软模板复制得到的表面微结构组合而成的多元组合微结构。进一步地，所述软模板的材质为低表面能的室温橡胶态的弹性材料，包括预聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、含氟橡胶；或选用其它材质的软模板材料制备仿生或人工制备结构的具有反相微结构的软模板，可自行制备软模板或选择市场上可购买的相应结构的具有低表面能的软模板；可采用原位聚合交联的方法制备表面具有反相微结构的软模板。制备预聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板时，将预聚二甲基硅氧烷和交联剂以特定比例混合，平铺到选定微结构表面，使各部分厚度均匀，随后在交联固化条件下固化，固化完成后从微结构上揭下已固化的PDMS，即得到复制该微结构的PDMS反相模板。进一步地所述复合材料是通过将软模板铺覆在硬结构复合薄层表面，使软模板有反相微结构的表面朝向硬结构复合薄层，再将硬结构复合薄层的另一面铺覆到复合材料本体预制体表面，再按复合材料所需的除了成型压力外的其它成型工艺条件成型，成型压力根据所需要的硬结构复合薄层压入到软模板的深度调整，成型完后冷却至60℃以下，脱模，取出复合材料后，揭下软模板后得到的。进一步地，所述硬结构薄层的材料的硬度高于软模板，所述树脂薄膜采用复合材料本体树脂或和复合材料本体树脂相容性良好的其它树脂，其在复合材料成型工艺温度下粘度低于15Pa.s进一步地，软模板的厚度在0.1mm~5mm之间，其微结构的表面起伏高度不大于1mm，其微结构的表面起伏高度小于软模板的厚度。软模板复制的表面微结构包括天然结构和人工结构。进一步地，所述硬结构薄层的表面起伏的微观结构和软模板的表面微结构均可为微米或纳米凸起、条纹、方格、圆柱突起、半圆突起、仿生结构、光栅及多重光栅、金属点阵和金属网格中的一种或两种以上，表面起伏高度小于200μm，硬结构薄层厚度小于500μm。进一步地，所述硬结构薄层的材质为无纺布、纤维、编织布、泡沫、金属、或者成型温度下为玻璃态的聚合物，硬结构复合薄层采用的材料的本体弹性模量高于1GPa。进一步地，成型时工艺压力根据所需要的硬结构复合薄层压入到软模板的深度调整。进一步地，成型工艺可采用RTM成型的方法，将连续纤维织物或单向带按规定铺层定型得到基体预制体，将软模板覆盖在硬结构表面，再铺覆到需要制备微结构的复合材料本体预制体表面。成型工艺也可采用预浸料真空袋压成型、预浸料模压成型成型、预浸料热压罐成型、预浸料隔膜成型的方法，将预浸料按规定的铺层得到预制体，将软模板覆盖在硬结构表面，再铺覆到需要制备微结构的复合材料本体预制体表面。本专利技术还提供了制备上述具有多元组合微结构表面的复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，制备具有反相微结构的软模板，或购买复制了天然结构或人工制备结构的具有反相微结构的软模板；第二步，制备或选取具有表面起伏的微观结构的硬结构薄层和树脂薄膜复合而成的硬结构复合薄层；第三步，将软模板铺覆在硬结构复合薄层表面，使软模板有反相微结构的表面朝向硬结构复合薄层，再将硬结构复合薄层的另一面铺覆到复合材料本体预制体表面，再按复合材料所需的除了成型压力外的其它成型工艺条件成型，成型压力根据所需要的硬结构复合薄层压入到软模板的深度调整，成型完后冷却至60℃以下，脱模，取出复合材料后，揭下软模板，即得到所述具有多元组合微结构表面的复合材料。优选的，所述软模板为聚二甲基硅氧烷模板，硅橡胶模板或者含氟橡胶模板。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供的一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法，利用这种方法，可以使传统的复合材料一体成型得到具有各种不同结构的功能表面，并且能够制备具有复杂的多元表面微结构，即制备的复合材料表面结构为几种结构的组合结构。（2）本专利技术提供的一种具有多元组合微结构表面的复合材料及制备方法，可以在连续纤维增强复合材料表面制备具有一体成型的多元组合的表面微结构，其表面结构可由两种以上的微结构复合而成，目前尚无其它方法可以制备。而且制备工艺简单并能兼容现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：该复合材料为层状结构,自上而下由通过共固化形成的表面微结构、硬结构复合薄层和复合材料本体组成, 硬结构复合薄层由具有表面起伏的微观结构的硬结构薄层和树脂薄膜层状复合而成，硬结构复合薄层上表面具有由硬结构薄层的微观结构和通过表面具有反相微结构的软模板复制得到的表面微结构组合而成的多元组合微结构。

【技术特征摘要】
1.一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：该复合材料为层状结构,自上而下由通过共固化形成的表面微结构、硬结构复合薄层和复合材料本体组成,硬结构复合薄层由具有表面起伏的微观结构的硬结构薄层和树脂薄膜层状复合而成，硬结构复合薄层上表面具有由硬结构薄层的微观结构和通过表面具有反相微结构的软模板复制得到的表面微结构组合而成的多元组合微结构。2.根据权利要求1所述的一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：所述软模板的材质为低表面能的室温橡胶态的弹性材料，采用原位聚合交联的方法制备表面具有反相微结构的软模板。3.根据权利要求1所述的一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：所述复合材料是通过将软模板铺覆在硬结构复合薄层表面，使软模板有反相微结构的表面朝向硬结构复合薄层，再将硬结构复合薄层的另一面铺覆到复合材料本体预制体表面，再按复合材料所需的除了成型压力外的其它成型工艺条件成型，成型压力根据所需要的硬结构复合薄层压入到软模板的深度调整，成型完后冷却至60℃以下，脱模，取出复合材料后，揭下软模板后得到的。4.根据权利要求1所述的一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：所述硬结构薄层的材料的硬度高于软模板，所述树脂薄膜采用复合材料本体树脂或和复合材料本体树脂相容性良好的其它树脂，其在复合材料成型工艺温度下粘度低于15Pa.s。5.根据权利要求1所述的一种具有多元组合微结构表面的复合材料，其特征在于：软模板的厚度在0.1mm-5mm之间，其微结构的表面起伏高度不大于1m...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭妙才，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司基础技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11