一种具有高精度表面微结构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高精度表面微结构的复合材料及制备方法。该方法通过在软模板、复合材料之间引入内含多孔结构薄层的树脂胶膜，然后采用复合材料成型工艺成形后，得到了由固化的树脂胶膜和复合材料本体组成的复合材料，树脂胶膜上表面具有高精度表面微结构，避免了复合材料加压成型过程中纤维对软模板表面的压入效应以及带来的微结构精度影响，从而得到复制精度良好的具有表面微结构的复合材料，实现了复合材料表面微结构的高精度。

A Composite Material with High Precision Surface Microstructure and Its Preparation Method

The invention relates to a composite material with high precision surface microstructures and a preparation method thereof. By introducing a thin layer of resin film with porous structure between the soft template and the composite material, the composite material consisting of the cured resin film and the bulk of the composite material is obtained by the composite forming process. The surface of the resin film has a high precision surface microstructures, thus avoiding the composite material. In the process of compression forming, the effect of fibers on the surface of soft template and the influence of micro-structure accuracy are discussed. The composite material with surface micro-structure with good reproduction accuracy is obtained, and the high accuracy of the surface micro-structure of composite material is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法
本专利技术涉及一种具有高精度表面微结构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。如飞机的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，而且不能用于其它结构。（3）CN106696309A发展了一种软刻蚀技术，可以在复合材料表面复制各种各样的微观结构，一步制备具有表面微观结构的复合材料,模板的易铺覆使其可用于具有复杂结构的制备，但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。综上，本专利技术根据软刻蚀技术，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，提供一种新的在复合材料表面得到高精度表面微结构，从而制备得到具有高精度表面微结构的复合材料。
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高精度表面微结构的复合材料及制备方法，该方法是基于软印刷技术的具有高精度表面微结构的复合材料的制备技术，即先在选定的微结构表面聚合得到软模板，再预制一个内含多孔结构薄层的树脂胶膜，再将树脂胶膜、软模板依次铺贴在复合材料基体预制体的表面，按复合材料相应的成型工艺成型后得到带有表面微结构的复合材料，其表面能够更精确复制所需要的选定微结构的形貌特征，减少纤维对结构的影响。该方法通过在软模板、复合材料之间引入树脂胶膜，避免了复合材料加压成型过程中纤维对软模板表面的压入效应以及带来的微结构精度影响，从而得到复制精度良好的具有表面微结构的复合材料，实现了复合材料表面微结构的高精度。为了实现本专利技术，其采用了如下技术方案：一种具有高精度表面微结构的复合材料，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、树脂胶膜和复合材料本体组成，所述树脂胶膜内部含有多孔结构薄层，树脂胶膜上表面的高精度表面微结构是通过表面具有反相微结构的软模板得到的。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，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。进一步地，所述复合材料是通过将软模板铺覆在树脂胶膜表面，使软模板有反相微结构的表面朝向树脂胶膜，再将树脂胶膜的另一面铺覆到复合材料基体预制体表面，按复合材料所需的成型工艺成型后揭下软模板得到的。进一步地，所述树脂胶膜由多孔结构薄层和树脂复合而成，树脂胶膜的内含多孔结构薄层是由多孔的薄膜形成的，树脂充填多孔结构薄层的孔隙，并均匀覆盖多孔结构薄层的上下表面。多孔结构薄层可由尼龙丝编织网或金属网(如铜网)压制而成。薄层是为了抑制纤维对上表面结构的影响，薄层上的多孔结结构可以实现树脂流动浸渍。进一步地，所述树脂胶膜由网状织物或金属网和树脂复合而成。进一步地，所述树脂胶膜的树脂采用复合材料基体树脂或能和复合材料基体树脂共固化的树脂，工艺温度下粘度低于10Pa.s。进一步地，所述多孔结构薄层层的厚度为10-100μm，孔隙率为10-80%。进一步地，所述多孔结构薄层的材质为可溶于树脂的热塑性树脂、不溶于树脂的热塑性树脂、金属、或者交联的耐弯折聚合物，多孔结构薄层的材质为可溶于树脂的热塑性树脂时，其厚度大于20μm，数均分子量大于50000。进一步地，所述微结构是人工结构或天然结构。进一步地，树脂胶膜的厚度低于500μm。进一步地，软模板的厚度在0.1mm~5mm之间，微结构的表面起伏高度不大于1mm，微结构的表面起伏高度小于软模板的厚度。本专利技术还提供了制备上述具有高精度表面微结构的复合材料的方法，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，制备或选取内含多孔结构薄层的树脂胶膜；第三步，将软模板铺覆在树脂胶膜表面，使软模板有反相微结构的表面朝向树脂胶膜，再将树脂胶膜的另一面铺覆到复合材料基体预制体表面，按复合材料所需的成型工艺成型后，揭下软模板，即得到具有高精度表面微结构的复合材料。进一步地，所述微结构是人工结构或天然结构，制备具有反相微结构的软模板时，软模板的材质为低表面能的室温橡胶态的弹性材料，如聚二甲基硅氧烷、硅橡胶或含氟橡胶，采用原位聚合交联的方法制备具有反相微结构的软模板。进一步地，采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板铺贴在靠着模具的一面，成型时工艺压力低于1.0MPa。进一步地，复合材料的成型工艺可以采用RTM成型、真空袋压成型、模压成型、热压罐成型、隔膜成型。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提出了一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法，通过设计树脂胶膜，并在软模板、复合材料之间引入这种树脂胶膜，避免了复合材料加压成型过程中纤维对软模板表面的压入效应以及带来的微结构精度影响，从而得到复制精度良好的具有表面微结构的复合材料。同时可兼容现有复合材料成型工艺、可一次成型、可复制各种不同结构等优点。（2）本专利技术提供的制备具有高精度表面微结构的复合材料方法，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表面，并且避免复合材料本身存在的纤维对结构的影响，具有更好的结构重现性和复制精度，实现了复合材料表面微结构的高精度。附图说明图1结构受到纤维影响的具有表面荷叶乳突结构的复合材料的电子显微镜图；图2因引入薄层结构避免受到纤维影响，结构复制精度更高的具有水稻叶乳突结构的复合材料的电子显微镜图。具体实施方式下面结合具体实施例和说明书附图对本专利技术的一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法作进一步阐述，但本专利技术的保护内容并不限于以下实施例。实施例1制备具有高精度表面荷叶结构的T800/5228连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料的方法,包括如下步骤:（1-1）利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)原位聚合交联的方法制备具有的反相荷叶微结构的PDMS模板，或者具有水稻叶乳突本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高精度表面微结构的复合材料，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、树脂胶膜和复合材料本体组成，所述树脂胶膜内部含有多孔结构薄层，树脂胶膜上表面的高精度表面微结构是通过表面具有反相微结构的软模板得到的。

【技术特征摘要】
1.一种具有高精度表面微结构的复合材料，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、树脂胶膜和复合材料本体组成，所述树脂胶膜内部含有多孔结构薄层，树脂胶膜上表面的高精度表面微结构是通过表面具有反相微结构的软模板得到的。2.根据权利要求1所述的一种具有高精度表面微结构的复合材料，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所述的一种具有高精度表面微结构的复合材料，其特征在于：所述复合材料是通过将软模板铺覆在树脂胶膜表面，使软模板有反相微结构的表面朝向树脂胶膜，再将树脂胶膜的另一面铺覆到复合材料基体预制体表面，按复合材料所需的成型工艺成型后揭下软模板得到的。4.根据权利要求1所述的一种具有高精度表面微结构的复合材料，其特征在于：所述树脂胶膜的树脂采用复合材料基体树脂或能和复合材料基体树脂共固化的树脂，工艺温度下粘度低于10Pa.s。5.根据权利要求1所述的一种具有高精度表面微结构的复合材料，其特征在于：所述树脂胶膜由多孔结构薄层和树脂复合而成，树脂充满多孔结构薄层的孔隙，并均匀覆盖于多孔结构薄层的上下表面。6.根据权利要求5所述的一种具有高精度表面微结构的复合材料，其特征在于：所述多孔结...

【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