一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法，其解决了现有双马预浸料及其复合材料层间增韧技术中存在的工艺复杂的技术问题，其将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混，再置于三辊研磨机上物理共混；然后涂膜，与碳纤维增强体热压预浸复合，以纤维的筛滤作用获得增强体表面和束丝间富集多尺度微纳米粒子的预浸料；采用模压成型获得微纳米粒子协同层间增韧的复合材料。本发明专利技术技术方案在改善预浸料工艺性的同时，也提高了复合材料的层间断裂韧性。

Preparation of a kind of micro nanoparticle synergistic toughening double horse / carbon fiber composites

The invention relates to a micro nano synergistic interlayer toughening bismaleimide / carbon fiber composite material preparation method, which solves the problems of existing material and process bismaleimide prepreg composite interlayer toughening technology in the complex, the thermoplastic particles and core-shell nano particles dispersed in combination by allyl compound and liquid epoxy resin toughening agent, and adding bismaleimide powder were premixed, then placed in the three roller grinding machine physical blend; then coating and carbon fiber reinforcement composite prepreg with hot pressing, filtering effect of fiber enhanced surface and beam wire between the enrichment of multi-scale micro and nano particles of prepreg composite materials; micro nanoparticles co interlayer toughening by molding. The technical scheme of the invention improves the interlaminar fracture toughness of the composite while improving the technological property of the prepreg.

【技术实现步骤摘要】
一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法
本专利技术属于碳纤维复合材料的制备领域，特别涉及一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法。
技术介绍
预浸料是树脂基体与增强纤维的组合物，是制备复合材料的中间体，采用传统熔融方法将所用物料完全溶解形成均一透明的双马树脂体系，该方法易导致预浸料无粘性，表面僵硬，不利于收卷及后期铺层，工艺性能较差。中国专利(CN1263901)公开了一种聚醚酰亚胺改性双马树脂的方法，将聚醚酰亚胺颗粒完全溶解在树脂体系中，获得改性的双马树脂体系，该方法明显改善了断裂韧性，但不满足工艺性，制得的预浸料表面僵硬。中国专利(CN104945852A)公开了一种微纳米粒子层间增韧技术，首先将微纳米粒子(均为无机粒子)的混合溶液均匀喷涂在纤维上，然后置于烘箱内干燥处理，待溶剂挥发完全后再与热固性树脂复合，制得微纳米粒子层间增韧的复合材料，该方法虽然显著提高了复合材料的层间断裂韧性GIC，但成型工艺较为复杂，不适合推广应用。
技术实现思路
专利技术就是为了解决现有双马预浸料及其复合材料层间增韧技术中存在的工艺复杂的技术问题，提供一种适宜于工业化生产的微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法。本专利技术提供一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法，其包括以下步骤：A：采用“多相复合”法获得固液复合的低粘度树脂体系，将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子在70-100℃分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混均匀，再置于三辊研磨机上物理共混，依靠剪切和扩散作用使得微纳米粒子均匀分散，获得增韧双马树脂体系；B：将上述双马树脂体系于50-70℃涂膜，然后于80-100℃与碳纤维增强体热压预浸复合，以纤维的筛滤作用获得增强体表面和束丝间富集多尺度微纳米粒子的预浸料；C：将预浸料裁剪并铺设于模具中，采用模压成型获得微纳米粒子协同层间增韧的复合材料。优选的，本专利技术步骤A所述的热塑性微米粒子为聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮(PEK)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)粒子的一种或几种，其粒径范围为10μm-50μm。优选的，本专利技术步骤A所述的核壳纳米粒子(CSR)结构为有机-有机型、有机-无机型、无机-有机型、无机-无机型的一种或几种，其粒径范围为100nm-200nm。优选的，本专利技术所述的双马微粉为二苯甲烷双马来酰亚胺(MDA-BMI)，甲苯双马来酰亚胺(TDA-BMI)，三甲基己烷二胺双马来酰亚胺(TMH-BMI)，六亚甲基二胺双马来酰亚胺(HMDA-BMI)的一种或几种。优选的，本专利技术步骤A所述的烯丙基化合物为二烯丙基双酚A、二烯丙基双酚A醚、二烯丙基双酚S、烯丙基单酚、邻二烯丙基双酚A二缩水甘油醚的一种或几种。优选的，本专利技术步骤A所述的环氧树脂为双酚A型、双酚F型、缩水甘油酯型、多酚型缩水甘油醚、脂肪族缩水甘油醚的一种或几种。优选的，步骤A将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子在70-80℃分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混均匀，再置于三辊研磨机上物理共混，依靠剪切和扩散作用使得微纳米粒子均匀分散，获得增韧双马树脂体系。优选的，步骤B双马树脂体系于50-60℃涂膜，然后于80-90℃与碳纤维增强体热压预浸复合，以纤维的筛滤作用获得增强体表面和束丝间富集多尺度微纳米粒子的预浸料；本专利技术采用“多相复合”法制备了微纳米粒子协同增韧的树脂体系，其包含微米粒子、纳米粒子、双马微粉、液态增韧剂等。1、本专利技术采用“多相复合”法制备了固液复合的双马树脂体系。相对于传统熔融法制备的树脂体系，该方法具有以下优势：(1)微米粒子、纳米粒子和双马微粉均以固相颗粒的形态存在于液态增韧组分中，使得树脂具有一定粘性，克服了以往双马预浸料状态僵硬的缺点；(2)显著降低了双马单体的反应活性，延长了预浸料的粘性储存期。2、本专利技术采用微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料。在预浸复合过程，部分热塑性微米粒子与核壳纳米粒子无法穿越纤维束，在纤维束的“筛滤作用”下，不同尺度粒子被滞留在了预浸料的表面，在固化初始阶段，随着树脂粘度的降低，纤维对粒子的筛滤作用增强，进一步促进了不同尺度粒子在增强体表面和束丝间的富集，最终形成微纳米粒子分布的层间结构，发挥塑性变形与空穴化的双重增韧机理，提高复合材料的层间断裂韧性，达到对复合材料抗损伤能力最为薄弱的层间部位增韧效果。本专利技术效果通过以下附图及实施例和对比例具体说明。附图说明图1为实施例2与实施例3中复合材料成型过程中的微观相结构变化示意图；图2为实施例2与实施例3中微纳米粒子的协同层间增韧模型。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本专利技术。实施例1(1)“多相复合”法：将PEI微米粒子于100℃加入到含有二烯丙基双酚A(DABPA)的液态增韧剂中初步搅拌均匀，然后加入双马微粉(摩尔比BMI:DABPA＝1:0.87)，继续搅拌均匀后，置于三辊研磨机上进行物理共混，获得分散性较好的低粘度树脂体系，其中PEI微米粒子的质量分数4％；(2)将(1)得到的双马树脂体系于70℃涂膜，并与T800碳纤维增强体于100℃热压复合制备预浸料；(3)将(2)得到的预浸料进行裁剪、铺层、模压成型，获得由PEI微米粒子层间增韧的双马/碳纤维复合材料。实施例2(1)“多相复合”法：将PEI微米粒子与核壳纳米粒子于85℃加入到含有二烯丙基双酚A(DABPA)的液态增韧剂中初步搅拌均匀，然后加入双马微粉(摩尔比BMI:DABPA＝1:0.87)，继续搅拌均匀后，置于三辊研磨机上进行物理共混，获得分散性较好的低粘度树脂体系，其中PEI微米粒子的质量分数为3％，核壳纳米粒子的质量分数为1％，；(2)将(1)得到的双马树脂体系于60℃涂膜，并与T800碳纤维增强体于90℃热压复合制备预浸料；(3)将(2)得到的预浸料进行裁剪、铺层、模压成型，获得由PEI微米粒子层间增韧的双马/碳纤维复合材料。实施例3(1)“多相复合”法：将PEI微米粒子与核壳纳米粒子于70℃加入到含有二烯丙基双酚A(DABPA)的液态增韧剂中初步搅拌均匀，然后加入双马微粉(摩尔比BMI:DABPA＝1:0.87)，继续搅拌均匀后，置于三辊研磨机上进行物理共混，获得分散性较好的低粘度树脂体系，其中PEI微米粒子与核壳纳米粒子的质量分数各为2％，；(2)将(1)得到的双马树脂体系于50℃涂膜，并与T800碳纤维增强体于80℃热压复合制备预浸料；(3)将(2)得到的预浸料进行裁剪、铺层、模压成型，获得由PEI微米粒子层间增韧的双马/碳纤维复合材料。实施例4(1)“多相复合”法：将PEI微米粒子与核壳纳米粒子于75℃加入到含有二烯丙基双酚A(DABPA)的液态增韧剂中初步搅拌均匀，然后加入双马微粉(摩尔比BMI:DABPA＝1:0.87)，继续搅拌均匀后，置于三辊研磨机上进行物理共混，获得分散性较好的低粘度树脂体系，其中PEI微米粒子与核壳纳米粒子的质量分数各为2％，；(2)将(1)得到的双马树脂体系于55℃涂膜，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：A:采用“多相复合”法获得固液复合的低粘度树脂体系，将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子在70‑100℃分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混均匀，再置于三辊研磨机上物理共混，依靠剪切和扩散作用使得微纳米粒子均匀分散，获得增韧双马树脂体系；B:将上述双马树脂体系于50‑70℃涂膜，然后于80‑100℃与碳纤维增强体热压预浸复合，以纤维的筛滤作用获得增强体表面和束丝间富集多尺度微纳米粒子的预浸料；C:将预浸料裁剪并铺设于模具中，采用模压成型获得微纳米粒子协同层间增韧的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：A:采用“多相复合”法获得固液复合的低粘度树脂体系，将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子在70-100℃分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混均匀，再置于三辊研磨机上物理共混，依靠剪切和扩散作用使得微纳米粒子均匀分散，获得增韧双马树脂体系；B:将上述双马树脂体系于50-70℃涂膜，然后于80-100℃与碳纤维增强体热压预浸复合，以纤维的筛滤作用获得增强体表面和束丝间富集多尺度微纳米粒子的预浸料；C:将预浸料裁剪并铺设于模具中，采用模压成型获得微纳米粒子协同层间增韧的复合材料。2.根据权利要求1所述的微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤A中的热塑性微米粒子为聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮粒子的一种或几种，其粒径范围为10μm-50μm。3.根据权利要求1所述的微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤A所述的核壳纳米粒子结构为有机-有机型、有机-无机型、无机-有机型、无机-无机型的一种或几种，其粒径范围为100nm-200nm。4.根据权利要求1所述的微纳米粒子协同层间增韧双马/碳纤维复合材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，苏清福，杨小平，王丽丽，
申请(专利权)人：江苏欧亚铂瑞碳复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32