含有纳米颗粒的热塑性增韧基质树脂制造技术

可以固化/模制形成航空航天复合零件的预浸渍复合材料(预浸料)。所述预浸料包含碳增强纤维和未固化树脂基质。所述树脂基质包含环氧树脂组分、作为增韧剂的聚醚砜、热塑性颗粒组分、纳米颗粒组分和固化剂。纳米颗粒组分和固化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有纳米颗粒的热塑性增韧基质树脂

技术介绍
1.

[0001]本专利技术总体上涉及预浸渍复合材料(预浸料)，所述预浸渍复合材料用于制造尤其好地适合用作航空航天部件的高性能复合零件。本专利技术涉及环氧树脂，所述环氧树脂用热塑性材料增韧并且用作此类预浸料中的树脂基质。更特别地，本专利技术涉及此类包含纳米颗粒的热塑性增韧环氧树脂。2.相关技术的描述
[0002]复合材料典型地由作为两种主要成分的树脂基质和增强纤维构成。复合材料通常需要在苛刻的环境中诸如在复合零件的物理极限和特征至关重要的航空航天领域中发挥作用。
[0003]预浸渍复合材料(预浸料)广泛用于制造复合零件。预浸料是典型地包含未固化树脂和纤维增强物的组合，其呈准备好用于模制和固化成最终复合零件的形式。通过将纤维增强物用树脂预浸渍，制造商可以仔细控制浸渍到纤维网络中的树脂的量和位置并且确保树脂如所希望的那样分布在网络中。众所周知，复合零件中纤维和树脂的相对量以及树脂在纤维网络中的分布会影响零件的结构特性。
[0004]预浸料是用于制造负荷承载或主要结构零件并且特别是航空航天主要结构零件(诸如机翼、机身、舱壁和控制表面)的优选材料。重要的是，这些零件具有足够的强度、损伤容限和针对此类零件和结构常规制定的其他要求。
[0005]航空航天预浸料中常用的纤维增强物是多向织造织物或含有相互平行延伸的纤维的单向带。纤维典型地呈许多单独纤维的束或被称为“丝束”的长丝的形式。也可以将纤维或丝束短切并且在树脂中随机定向以形成非织造垫。将这些不同的纤维增强物配置与精心控制量的未固化树脂组合。所得预浸料典型地放置在保护层之间并且卷起以便储存或运输到制造设施。碳纤维和环氧树脂基质的组合已成为用于航空航天预浸料的流行组合。
[0006]预浸料还可以呈短切单向带的短片段的形式，所述短片段随机取向以形成短切单向带的非织造垫。这种类型的预浸料被称为“准各向同性短切”预浸料。准各向同性短切预浸料类似于更传统的非织造纤维垫预浸料，不同之处在于短长度的短切单向带(条)而非短切纤维在垫中随机取向。这种材料通常用作片材模制配混物以形成零件和用于制造零件的模具。
[0007]固化复合零件的压缩强度和拉伸强度很大程度上取决于增强纤维和基质树脂的单独特性以及这两种组分之间的相互作用。另外，纤维与树脂的体积比也是重要因素。在许多航空航天应用中，希望复合零件展现出高的压缩强度和拉伸强度。开孔压缩(OHC)测试是复合材料压缩强度的标准测量。开孔拉伸(OHT)测试也是复合材料拉伸强度的标准测量。
[0008]在许多航空航天应用中，希望复合零件展现出高压缩强度和高拉伸强度两者。然而，增加压缩强度的尝试可能导致对包括拉伸强度在内的其他希望特性的负面影响。因此，可能难以实现同时增加复合零件的压缩强度和/或拉伸强度两者。
[0009]选择更高模量树脂可能是增加复合材料压缩强度的有效方法。然而，这可能导致损伤容限降低的趋势，这典型地通过压缩特性(诸如冲击后压缩(CAI)强度)的降低来测量。因此，可能难以实现同时增加压缩强度和/或拉伸强度两者而不有害地影响损伤容限。
[0010]通常使用多个预浸料层来形成具有层压结构的复合零件。此类复合零件的分层是重要的失效模式。当两个层相互脱粘时，发生分层。重要的设计限制因素包括开始分层所需的能量和传播分层所需的能量两者。分层的开始和增长通常通过检查模式I和模式II断裂韧性来确定。断裂韧性通常使用具有单向纤维取向的复合材料来测量。复合材料的层间断裂韧性使用G1c(双悬臂梁)和G2c(端槽弯曲(End Notch Flex))测试进行量化。在模式I中，预开裂的层压材料失效由剥离力控制，并且在模式II中，裂纹由剪切力传播。
[0011]增加由碳纤维/环氧树脂预浸料制成的零件的层间断裂韧性的一种方法是引入热塑性片材作为预浸料的层之间的夹层。然而，这种方法倾向于产生难以使用的硬挺的无粘性材料。另一种方法是向环氧树脂中添加热塑性颗粒，使得在最终零件的纤维层之间形成含有热塑性颗粒的树脂中间层。聚酰胺已用作此类热塑性颗粒。还已知在环氧树脂中包含热塑性增韧剂。增韧剂，诸如聚醚砜(PES)或聚醚酰亚胺(PEI)，在其被应用于碳纤维之前溶解在环氧树脂中。包含热塑性增韧颗粒和热塑性增韧剂两者的组合的热塑性增韧环氧树脂已与碳纤维组合用于制造航空航天预浸料。
[0012]环氧树脂基质可以包括一种或多种类型的环氧树脂。已知的是，不同类型环氧树脂的各种组合可能导致最终复合零件的特性有很大差异。用于固化环氧树脂基质的固化剂也可能显著影响最终复合零件的特性。在配制用作航空航天预浸料中的树脂基质的环氧树脂时，难以预测环氧树脂类型和固化剂的新组合是否将提供航空航天零件所需的希望的特性组合。这在热塑性增韧剂和热塑性颗粒形成环氧树脂配制品的一部分时尤其如此。因此，当尝试配制新的热塑性增韧环氧树脂时涉及大量测试，以便确定树脂是否适合用作航空航天预浸料中的树脂基质。
[0013]尽管现有的航空航天预浸料非常适合它们在提供强且耐损伤的复合零件方面的预期用途，但仍然持续需要提供可用于制造复合零件的航空航天预浸料，所述复合零件展现出高拉伸强度和压缩强度(OHC和OHT)的希望组合，同时维持高水平的损伤容限(CAI)和层间断裂韧性(G1c和G2c)。

技术实现思路

[0014]根据本专利技术，提供了一种预浸渍复合材料(预浸料)，所述预浸渍复合材料可以模制以形成具有高水平的强度并且具有高水平的损伤容限和层间断裂韧性的复合零件。
[0015]本专利技术的预浸渍复合材料由增强纤维和未固化树脂基质构成。未固化树脂基质包含由一种或多种环氧树脂和固化剂构成的树脂组分。未固化树脂基质进一步包含热塑性颗粒组分、热塑性增韧剂和纳米颗粒组分。
[0016]本专利技术还涵盖用于制造预浸料的方法和用于将预浸料模制成多种多样的复合零件的方法。本专利技术还涵盖使用改善的预浸料制成的复合零件。
[0017]已经发现，具有如上所阐述的基质树脂配制品的树脂可以用于形成预浸料，所述预浸料可以模制形成具有出乎意料高水平的压缩强度和拉伸强度两者的复合零件。
[0018]本专利技术的上述和许多其他特征以及伴随的优点将通过参考以下结合附图时的详
细描述而得到更好的理解。
附图说明
[0019]图1是飞机的透视图，其描绘了可以使用根据本专利技术的复合材料制造的示例性主要飞机结构。
[0020]图2是直升机旋翼叶片的局部视图，其描绘了可以使用根据本专利技术的复合材料制造的示例性主要飞机结构。
具体实施方式
[0021]根据本专利技术的未固化环氧树脂组合物可以用于多种多样的希望热塑性增韧环氧树脂基质的情况。虽然未固化环氧树脂组合物可以单独使用，但所述组合物通常用作基质树脂，所述基质树脂与纤维支撑物组合形成由纤维支撑物和树脂基质构成的复合材料。所述复合材料可以呈预浸料、部分固化的预浸料或完全固化的最终零件的形式。当本文中关于预浸料；浸渍到纤维支撑物中之前的树脂；当将纤维支撑物用树脂浸渍时形成的树脂基质；或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种预浸料，所述预浸料包含：A)增强纤维；B)未固化树脂基质，所述未固化树脂基质包含：a)包含一种或多种环氧树脂的树脂组分；b)包含热塑性颗粒的热塑性颗粒组分，所述热塑性颗粒组分的存在量的范围为基于所述未固化树脂基质的总重量从10至20重量百分比；c)包含聚醚砜的热塑性增韧剂，所述增韧剂的存在量的范围为基于所述未固化树脂基质的总重量从5至15重量百分比；d)包含纳米颗粒的纳米颗粒组分，所述纳米颗粒组分的存在量的范围为基于所述未固化树脂基质的总重量从10至30重量百分比；和e)固化剂。2.根据权利要求1所述的预浸料，其中所述纳米颗粒包括方解石纳米颗粒。3.根据权利要求1所述的预浸料，其中所述热塑性颗粒包括聚酰胺颗粒。4.根据权利要求2所述的预浸料，其中所述聚酰胺颗粒包括非交联聚酰胺颗粒和交联聚酰胺颗粒。5.根据权利要求4所述的预浸料，其中所述非交联颗粒包含聚酰胺11。6.根据权利要求5所述的预浸料，其中所述交联聚酰胺颗粒包含交联聚酰胺12。7.根据权利要求3所述的预浸料，其中所述聚酰胺颗粒包括杂混聚酰胺颗粒，其中每一个所述杂混聚酰胺颗粒包含半结晶聚酰胺和无定形聚酰胺的混合物，所述无定形聚酰胺的存在量为基于所述杂混聚酰胺颗粒的总重量从20至80重量百分比，并且所述半结晶聚酰胺的存在量为基于所述杂混聚酰胺颗粒的总重量从20至80重量百分比，并且其中所述半结晶聚酰胺和无定形聚酰胺由作为1,10
‑
癸烷二甲酸与具有下式的胺组分的聚合物缩合产物的聚酰胺的不同立体异构形式构成8.根据权利要求1所述的预浸料，其中所述固化剂是选自3,3'
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二氨基二苯基砜和4,4'
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二氨基二苯基砜的芳族胺。9.一种复合零件或结构，所述复合零件或结构通过将包含根据权利要求1所述的预浸料的复合材料固化而形成。10.根据权利要求9所述的复合零件或结构，其中所述复合零件或结构形成飞机主要结构的至少一部分。11.一种用于制造可固化形成复合零件的预浸料的方法，所述方法包括以下步骤：
A)提供包括碳纤维的增强纤维；以及B)将所述增强纤维用未固化树脂基质浸渍，...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：赫克赛尔公司，
类型：发明
国别省市：