一种非均相增韧树脂、碳纤维预浸料及碳纤维复合材料制造技术

本发明专利技术采用热固性树脂和热塑性树脂复合得到一种非均相的增韧树脂，其中热塑性树脂采用超音速气流对撞粉碎，使得其粒径达到10～60μm，在采用该树脂基体与碳纤维复合得到碳纤维预浸料，单层预浸料厚度在30～60μm，实现了预浸料的薄层化，用该预浸料得到碳纤维复合材料。本发明专利技术使得单层预浸料薄层化，达到减重的目的，实现了多层多角度铺覆；在不减轻自身重量的情况下，增强了材料本身的强度，同时增强材料的多方向受力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维复合材料
，尤其涉及一种非均相增韧树脂、碳纤维预浸料及碳纤维复合材料。
技术介绍
预浸料是树脂基体浸渍连续纤维或织物后制成的树脂基体与增强纤维的组合物，是生产复合材料的中间材料。与直接成型工艺相比，采用预浸料生产的复合材料的树脂含量更精确，因而制品质量更稳定，是目前国内外复合材料制造企业优先选用的成型工艺。在实际应用中，碳纤维常常用作增强纤维，碳纤维增强复合材料用途广泛，具有高强度、高刚性与质量轻的特性，提供高的比强度、比刚性，以增加相对产品的结构强度，减轻重量提升其实用性，与其它增强材料相比，杨氏模量是玻璃纤维的3倍以上、是芳纶的2倍左右；目前碳纤维的实际使用过程中，70％以上是通过碳纤维预浸料的方式实现，为了充分发挥碳纤维的超高强度性能，基本上都需要将碳纤维做成只有径向分布、没有纬向分布的单向纤维的预浸料，然后将单向纤维预浸料多角度多层铺设，经过固化得到碳纤维复合材料，具备高硬度、高强度、低克重的性能。碳纤维预浸料常用的树脂基体为热固性的树脂，如环氧树脂或改性的环氧树脂，在碳纤维品质和克重相同的情况下，树脂基体的性质直接影响碳纤维复合材料的性能，常用的热固性树脂得到的预浸料固化得到碳纤维复合材料在单位面积等同克重的条件下，强度不能满足航空需求，为了提高强度就必须增加单位面积的重量，这样有不符合航空材料要求自身负载尽量低的要求，为了满足航空需求，需要不断改进树脂基体。现有技术中单层的预浸料厚度约为0.125mm，铺覆成标准2mm后的板材只能铺八层，复合材料的受力方向是沿纤维方向受力最多的，因此现有的碳纤维复合材的受力点存在一定区域的漏洞，如果需要多角度多方向受力，必须以增加厚度和克重为牺牲。本专利技术在热固性树脂基体内加入热塑型树脂粉末，增加树脂的韧性，为了配合碳纤维预浸料的超薄性能，对热塑型树脂的颗粒度有一定的要求，得到的超薄碳纤维预浸料能多角度铺覆，具备良好的性能。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的提供一种超薄的、非均相的增韧树脂组合物，以及采用该树脂组合物和碳纤维复合得到的预浸料及复合材料，具备超薄、低克重的优点。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种非均相增韧树脂，其特征在于：包括复合环氧树脂、固化剂和增韧树脂；各组分的质量比为复合环氧树脂：固化剂：增韧树脂＝10:1～1.5:1～1.5；所述复合环氧树脂包括酚醛环氧树脂、改性双酚A环氧树脂、固体环氧树脂；所述固化剂包括双氢氨粉末、改性双氢氨粉末、促进剂、气相二氧化硅；所述增韧树脂包括聚醚砜和聚醚酮。进一步，所述复合环氧树脂中各组分的质量比为酚醛环氧树脂：改性双酚A环氧树脂：固体环氧树脂＝3～8：1～3：1～3。进一步，所述固化剂中各组分的质量比为双氢氨粉末：改性双氢氨粉末：促进剂：气相二氧化硅＝6～10:0.8～1.2:1.2～1.8:2～5。进一步，所述增韧树脂中聚醚砜和聚醚酮的质量比为1:2。进一步，所述增韧树脂的粒径为300～1000目。本专利技术采用的是热固性树脂和热塑性树脂复合得到的树脂基体，作为碳纤维预浸料的涂胶树脂，热固性树脂的优点是耐热性高，受压不易变形，其缺点是机械性能较差，热塑性树脂的优点是具有较高的机械性能，缺点是耐热性和刚性较差。本专利技术的树脂基体兼具了热固性树脂的性能，又增强了固化后的韧性。但是热固性树脂与热塑型树脂混合存在一定的困难，因为热固性树脂通常为粘稠状液体，而热塑型树脂为颗粒或粉状固体，机械混合分散后也是非均相的，用于超薄的碳纤维预浸料的树脂，要求光滑度和平整度，而普通的热塑型树脂粉末的粒径通常在都在200目以下，颗粒直径约为大于75μm，而超薄的碳纤维预浸料的厚度约为30～60μm，甚至可以做到20μm，如此超薄的碳纤维预浸料用的树脂如果含有热塑性树脂粉末，将会在预浸料表面形成一次颗粒状，造成不光滑，影响预浸料的品质；而本专利技术为了克服这一缺陷，采用超音速气流对撞粉碎机对热塑性树脂粉末进行多级粉碎分筛，得到300～1000目的树脂，粒径在10～60μm，保证了涂胶在碳纤维束上时，颗粒可以镶嵌在热固性树脂交联固化后的网状结构内，不会影响表面的平整度和光滑度。热固性树脂加热到固化温度后开始固化，树脂的固化会释放大量的热量，使得树脂体系的温度进一步的升高，此时树脂体系内的热塑性树脂经过高温会开始软化甚至熔融，此时热固性树脂与热塑性树脂融为一体，并将热塑性树脂分散交叉在热固性树脂交联固化后的网状结构内。一种制备非均相增韧树脂的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将醛环氧树脂、改性双酚A环氧树脂、固体环氧树脂按上述比例加入反应釜中，混合加热至110℃，40r/min,分散30min；自然冷却至40℃；(2)按顺序加入双氢氨粉末、改性双氢氨粉末、促进剂、气相二氧化硅，质量分数按上述，采用双行星动力混合机混合，公转40r/min，自传1500r/min；分散均匀；(3)一次性加入300～1000目的增韧剂，持续搅拌，一次性加入热塑性树脂后，搅拌的过程中逐渐升温，当树脂温度达到70～75℃，停止搅拌，放入速冷箱速冷至5℃左右，得到非均相增韧树脂。得到的非均相增韧树脂放入流变仪进行测试，得到的最低粘度低于5Pa·s，温度为100℃，固化温度为120℃；采用示差扫描量热仪DSC测定玻璃化温度(TG)为140℃，固化温度高于玻璃化温度，使得本专利技术得到的非均相增韧树脂符合低温固化高温使用的特点。一种碳纤维预浸料，包括碳纤维和预浸料树脂，其特征在于：所述碳纤维是将12K原丝经过气流扩展后得到，所述预浸料树脂为上述的非均相增韧树脂，经过涂胶机双面涂布、加热、冷却、去离型纸得到。12K的原丝通过气流扩展打散，气流扩展不会影响原丝表面的上浆剂；扩展后克重为30～60g/m2，上述的非均相增韧树脂通过涂胶机在70～80℃的条件下将树脂涂覆在离型纸上，上胶量根据预浸料的树脂含量确定，上胶后的离型纸铺覆离型膜得到含胶的离型纸，两层含胶的离型纸上下铺覆在扩展后的碳纤维原丝上，经过加热辊加热，温度70～80℃，冷却后出去单层离型纸，铺覆一层离型膜后得到预浸料，厚度约在30～60μm。一种碳纤维复合材料，其特征在于：由上述得到的碳纤维预浸料30～60层多角度均匀叠加，加热固化得到。得到的碳纤维复合材料进行性能测试，层间剪切强度大于90MPa，弯曲强度大于1400MPa，冲击后压缩强度大于210MPa。本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用热固性树脂和热塑性树脂得到非均相的预浸料树脂，检具刚性和韧性，同时具备固化温度高于玻璃化温度的特性；2、本专利技术采用的热塑性树脂是经过超声气流粉碎得到的超细粉末，粉末粒径在300～1000目，粒径在10～60μm，保证了涂胶在碳纤维束上时，颗粒可以镶嵌在热固性树脂的网状结构内，不会影响表面的平整度和光滑度；3、以本专利技术的非均相增韧树脂加工得到的预浸料单层可以达到0.04～0.06mm，相当于现有单层预浸料0.125mm的约1/3；4、采用本专利技术得到的预浸料铺覆得到的2mm的碳纤维板材，层间剪切强度大于90MPa，弯曲强度大于1400MPa，冲击后压缩强度大于210MPa。5、本专利技术使得单层预浸料薄层化，达到减重的目的，实现了多层多角度铺覆；6、本专利技术在不减轻自身重量的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非均相增韧树脂，其特征在于：包括复合环氧树脂、固化剂和增韧树脂；各组分的质量比为复合环氧树脂：固化剂：增韧树脂＝10:1～1.5:1～1.5；所述复合环氧树脂包括酚醛环氧树脂、改性双酚A环氧树脂、固体环氧树脂；所述固化剂包括双氢氨粉末、改性双氢氨粉末、促进剂、气相二氧化硅；所述增韧树脂包括聚醚砜和聚醚酮。

【技术特征摘要】
1.一种非均相增韧树脂，其特征在于：包括复合环氧树脂、固化剂和增韧树脂；各组分的质量比为复合环氧树脂：固化剂：增韧树脂＝10:1～1.5:1～1.5；所述复合环氧树脂包括酚醛环氧树脂、改性双酚A环氧树脂、固体环氧树脂；所述固化剂包括双氢氨粉末、改性双氢氨粉末、促进剂、气相二氧化硅；所述增韧树脂包括聚醚砜和聚醚酮。2.根据权利要求1所述的一种非均相增韧树脂，其特征在于：所述复合环氧树脂中各组分的质量比为酚醛环氧树脂：改性双酚A环氧树脂：固体环氧树脂＝3～8：1～3：1～3。3.根据权利要求1所述的一种非均相增韧树脂，其特征在于：所述固化剂中各组分的质量比为双氢氨粉末：改性双氢氨粉末：促进剂：气相二氧化硅＝6～10:0.8～1.2:1.2～1.8:2～5。4.根据权利要求1所述的一种非均相增韧树脂，其特征在于：所述增韧树脂中聚醚砜和聚醚酮的质量比为1:2。5.根据权利要求1所述的一种非均相增韧树脂，其特征在于：所述增韧树脂的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：周易，
申请(专利权)人：周易，
类型：发明
国别省市：天津;12