一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料设计技术领域，为解决传统纤维增强复合材料强度低，易分层，综合性能较差的问题，提供了一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料及其制备方法，所述2.5D纤维机织增强树脂基复合材料由2.5D纤维机织预制体与基体树脂通过真空辅助成型工艺复合固化而成。本发明专利技术的2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，与传统层间材料相比，厚度方向的抗冲击能力提高，具有较高的剪切强度和较好的损伤容限，综合性能优异，具有广泛的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料设计
，尤其涉及一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着当今世界科学技术不断地发展进步，人们生活的方式也在不断地改变着、进步着，生活因现代科技的快速发展变得越来越便利，但是与此同时科技的不断进步也给从的生存环境带来了一些威胁。为了实现社会的可持续发展，全世界各国都越来越重视与强调低碳产、节能减排。为实现汽车轻量化，需替代原有钢制车身，碳纤维作为一种新型增强材料，在汽车轻量化的应用前景广阔。纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的复合材料，优势明显，具有低密度、高比强、高比模、耐疲劳性能好、耐腐蚀性能好、可设计性强、减震等。将纤维增强复合材料取代传统金属材料，可以大大降低设备总体质量，实现轻量化。因此，纤维增强复合材料再能源、交通、国防等领域广泛应用，极大地推动了科学发展和人类的进步，是新材料发展和应用的重要方向。传统的纤维增强复合材料为层间结构，厚度方向强度低，易分层，综合性能较差，使用范围受限。
技术实现思路
本专利技术为了克服传统纤维增强复合材料强度低，易分层，综合性能较差的问题，提供了一种强度高、厚度方向抗冲击能力高，综合性能优异的2.5D纤维机织增强树脂基复合材料。近年来，随着高新技术的发展，在航空航天、建筑、船舰、汽车等领域使用的高性能纤维越来越多，采用2.5D机织技术可以对碳纤维、碳化硅纤维、石英纤维、玻璃纤维、芳论等进行机织，这就完全满足了当前先进复合材料对高性能纤维的要求。本专利技术还提供了一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料的制备方法，该工艺操作简单，且易于控制，连续作业，时间短，生产效率高，可进行大型工业化生产。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，所述2.5D纤维机织增强树脂基复合材料由2.5D纤维机织预制体与基体树脂通过真空辅助成型工艺复合固化而成。本专利技术选用2.5D结构制备纤维机织增强树脂基复合材料，能够有效增加材料的层间剪切强度，克服层间结合薄弱缺陷，得到综合性能优异的复合材料，并且制备工艺简单，容易工业化生产，有很好的应用前景。作为优选，所述2.5D纤维机织预制体由纤维复合体经2.5D织机编织而成，所述2.5D织机通过数控编程控制2.5D纤维机织预制体的形状、厚度与经纬间距尺寸。本专利技术的2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，可以通过数控控制织物结构以及参数，灵活性高。作为优选，所述纤维复合体选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种的组合。上述纤维具有高比强度、比模量，耐腐蚀，密度小等特点，采用上述纤维的一种或者多种纤维组合得到的2.5D纤维机织预制体具有轻质、高强、持久耐用的优点。作为优选，所述纤维复合体经过加捻、解捻或无捻处理。作为优选，所述2.5D纤维机织预制体的编织结构为深交联、浅交直联、浅交弯联和正交联结构中的一种或几种组合。作为优选，所述2.5D纤维机织预制体的编织结构为经纱沿厚度方向呈0～90°贯穿各层，该角度范围内具有制备纤维体积含量较高，并且织物结构紧凑稳定的有益效果；纬纱层数为2～45层，该纬纱层数控制在该层数范围内具有最高限度的利用纤维与树脂的界面强度，过厚则容易造成预制件内部树脂与纤维剥离造成复合材料失效。作为优选，所述基体树脂在常温常压条件下的粘度不大于400mPa•s，选择该粘度范围内的基体树脂是因为真空辅助成型工艺容易实施，过高的粘度，再该真空条件无法实现树脂的流动性，从而造成成型工艺过长甚至难以全部浸润织物预制件。作为优选，所述基体树脂选自环氧树脂、双马来酰亚胺、聚乙烯树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、乙烯基酯树脂和橡胶中的一种或多种。上述基体树脂的筛选依据为树脂基体体系所用的溶剂必须是易挥发的低毒溶剂，对人体环境无害；树脂基体需要能改善界面的相容性、粘结性，对纤维具有良好的浸润性；便于加工，加工过程节能环保。作为优选，所述真空辅助成型工艺包括以下步骤：（1）将2.5D纤维机织预制体铺放于模具内，保持平整；所述模具形状可定制，容易实现异形结构件的制备；（2）沿着模具边缘粘贴真空胶带，依次铺设脱模布，导流网，玻璃板和真空袋，所述模具的一端与树脂罐相联通，另一端与真空泵相连通，所述树脂罐内盛放有基体树脂；（3）抽真空至0.1MPa，将基体树脂注入模具内，待2.5D纤维机织预制体充分被树脂浸润后，将模具放入30~80℃真空干燥箱中，保温1~3h后，取出反应后的2.5D纤维机织预制体，自然冷却，裁剪打磨，即得2.5D纤维机织增强树脂基复合材料。一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（a）将纤维复合体经2.5D织机编织成2.5D纤维机织预制体；（b）将2.5D纤维机织预制体铺放于模具内，保持平整；（c）沿着模具边缘粘贴真空胶带，依次铺设脱模布，导流网，玻璃板和真空袋，所述模具的一端与树脂罐相联通，另一端与真空泵相连通，所述树脂罐内盛放有基体树脂；（d）抽真空至0.1MPa，将基体树脂注入模具内，待2.5D纤维机织预制体充分被树脂浸润后，将模具放入30~80℃真空干燥箱中，保温1~3h后，取出反应后的2.5D纤维机织预制体，自然冷却，裁剪打磨，即得2.5D纤维机织增强树脂基复合材料。因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术的2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，与传统层间材料相比，厚度方向的抗冲击能力提高，具有较高的剪切强度和较好的损伤容限，综合性能优异，具有广泛的应用领域；（2）制备工艺操作简单，且易于控制，连续作业，时间短，生产效率高，可进行大型工业化生产。附图说明图1是本专利技术的真空辅助成型工艺所用模具的结构示意图。图2是实施例1的深交联超高分子量聚乙烯纤维增强乙烯基酯树脂材料的样品图。图1中：玻璃板1，脱模布2，真空泵3，树脂罐4，阀门5，真空袋6，2.5D纤维机织预制体7，导流方向8，导流网9。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在本专利技术中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。实施例1（a）取无捻超高分子量聚乙烯纤维，通过2.5D织机编制成5层深交联结构纤维预制体，即为2.5D纤维机织预制体；准备乙烯基酯树脂作为基体树脂，常温常压条件下的粘度150Pa•s；（b）如图1所示，将2.5D纤维机织预制体7铺放模具后，保持平整;（c）沿着模具边缘粘贴真空胶带，依次铺设脱模布2，导流网9，玻璃板1，真空袋6，一边放置三通与螺旋管为注胶口，并与树脂罐4相联通，另一端与真空泵3相连通，底座为抽气口；（d）抽真空至0.1MPa，将乙烯基酯树脂注入模具内，2.5D纤维机织预制体充分被乙烯基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述2.5D纤维机织增强树脂基复合材料由2.5D纤维机织预制体与基体树脂通过真空辅助成型工艺复合固化而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述2.5D纤维机织增强树脂基复合材料由2.5D纤维机织预制体与基体树脂通过真空辅助成型工艺复合固化而成。


2.根据权利要求1所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述2.5D纤维机织预制体由纤维复合体经2.5D织机编织而成，所述2.5D织机通过数控编程控制2.5D纤维机织预制体的形状、厚度与经纬间距尺寸。


3.根据权利要求2所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述纤维复合体选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种的组合。


4.根据权利要求2所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述纤维复合体经过加捻、解捻或无捻处理。


5.根据权利要求1所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述2.5D纤维机织预制体的编织结构为深交联、浅交直联、浅交弯联和正交联结构中的一种或几种组合。


6.根据权利要求1所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述2.5D纤维机织预制体的编织结构为经纱沿厚度方向呈0～90°贯穿各层，纬纱层数为2～45层。


7.根据权利要求1所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所述基体树脂在常温常压条件下的粘度不大于400mPa•s。


8.根据权利要求7所述的一种2.5D纤维机织增强树脂基复合材料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建华，赵晓琳，
申请(专利权)人：杭州紫麟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33