一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，产品包括纤维/树脂复合材料以及插入其中的增韧层，增韧层为阻燃纳米纤维膜；制备方法：以纤维增强树脂预浸料或纤维织物为接收基材，通过静电纺丝形成所述阻燃纳米纤维膜，得到双层复合材料，将双层复合材料依次按所需尺寸裁剪、沿同一方向叠加铺层、按树脂基复合材料成型工艺固化，即得纤维增强树脂基复合材料；或者将纤维增强树脂预浸料或纤维织物与所述阻燃纳米纤维膜交替叠加铺层后，按树脂基复合材料成型工艺固化，即得纤维增强树脂基复合材料。本发明专利技术的方法工艺简单，本发明专利技术的产品赋予纤维增强树脂基复合材料阻燃性能的同时，不增加成型时树脂的粘度，并保证复合材料的力学强度。材料的力学强度。材料的力学强度。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维增强树脂基复合材料具有高的比强度、比刚度、耐疲劳、耐化学腐蚀性好、可设计性强等优点，在汽车、航空航天、民用基础设施等领域得到广泛的运用。纤维增强树脂基复合材料主要由树脂基体和纤维增强体两部分组成。作为基体的树脂普遍具有高度的易燃性，会在燃烧时破坏复合材料结构的整体强度，同时释放大量热与有毒烟气，对人身安全及环境产生不良影响。易燃的问题限制了纤维增强树脂基复合材料在某些特定场景的应用。
[0003]目前对于纤维增强树脂基复合材料易燃性问题主要的解决方法是直接在树脂基体中加入大量的阻燃剂，如多聚磷酸铵、DOPO衍生物、氢氧化镁、氢氧化铝等。这种做法虽然能提高复合材料的阻燃性，但由于树脂中阻燃剂的存在，粒子群曳力系数增大，使流体内部阻力增加，提高树脂胶液的粘度，从而导致复合材料成型工艺的改变，树脂不能充分浸渍纤维织物。同时，阻燃剂与树脂较差的相容性，导致复合材料力学性能的下降。现有使用流延法制备含阻燃剂的薄膜，将其置于复合材料层间赋予复合材料阻燃性的技术。此技术虽能兼顾复合材料的阻燃和层间力学性能，但由于流延膜本身不具有透气性，需要额外的机械打孔工序才能用作复合材料的阻燃层，且要求薄膜材料能在固化工艺温度下溶解于基体树脂，该方法普适性较差。因此，需要在赋予纤维增强树脂基复合材料阻燃性能的同时，不增加成型时树脂的粘度，不影响复合材料成型工艺并保证复合材料的力学强度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的旨在将在阻燃纳米纤维膜用作纤维增强树脂基复合材料的夹层，在不改变树脂粘度、保持复合材料力学性能的同时，赋予复合材料优异的阻燃性能。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种纤维增强树脂基复合材料，包括纤维/树脂复合材料以及插入其中的增韧层，增韧层为阻燃纳米纤维膜。
[0007]作为优选的技术方案：
[0008]如上所述的一种纤维增强树脂基复合材料，阻燃纳米纤维膜由纳米纤维构成，纳米纤维由热塑性聚合物纤维本体以及分散在其中的含量为5
‑
50wt％的阻燃剂组成。
[0009]如上所述的一种纤维增强树脂基复合材料，热塑性聚合物为苯氧树脂、聚芳醚酮、聚己内酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚苯醚、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚乙烯醇和聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种以上；阻燃剂为含磷阻燃剂、含氮阻燃剂、金属氢氧化物、含卤阻燃剂和金属盐类阻燃剂中的一种以上。
[0010]如上所述的一种纤维增强树脂基复合材料，阻燃纳米纤维膜的制备过程为：先配
制由热塑性聚合物、阻燃剂和溶剂(乙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、吡啶、乙酸乙酯、丙酮、水、二甲苯和环己酮中的一种以上)组成的纺丝液，再进行静电纺丝，即得阻燃纳米纤维膜；静电纺丝的工艺参数包括：电压25
‑
80KV，接收距离180
‑
220mm，温度24℃，相对湿度10
‑
60％。
[0011]如上所述的一种纤维增强树脂基复合材料，纤维/树脂复合材料中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维或混编纤维；纤维/树脂复合材料中的树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、氰酸酯树脂和双马来酰亚胺树脂中的一种以上。
[0012]如上所述的一种纤维增强树脂基复合材料，纤维/树脂复合材料中的树脂在纤维增强树脂基复合材料中的占比为10
‑
50wt％，阻燃纳米纤维膜在纤维增强树脂基复合材料中的占比为0.1
‑
5wt％；阻燃纳米纤维膜的孔隙率为40
‑
80％，厚度为10
‑
100μm，纳米纤维直径为100
‑
1000nm。
[0013]如上所述的一种纤维增强树脂基复合材料，纤维增强树脂基复合材料的极限氧指数为23
‑
40％，弯曲强度为400
‑
1200MPa，层间剪切强度为20
‑
80MPa，冲击后剩余压缩强度为100～350MPa。
[0014]本专利技术还提供制备如上任一项所述的一种纤维增强树脂基复合材料的方法，以纤维增强树脂预浸料或纤维织物为接收基材，通过静电纺丝形成所述阻燃纳米纤维膜，得到双层复合材料，将双层复合材料依次按所需尺寸裁剪、沿同一方向交替叠加铺层、按树脂基复合材料成型工艺固化，即得纤维增强树脂基复合材料；
[0015]或者，将纤维增强树脂预浸料或纤维织物与所述阻燃纳米纤维膜交替叠加铺层后，按树脂基复合材料成型工艺固化，即得纤维增强树脂基复合材料。
[0016]作为优选的技术方案：
[0017]如上所述的方法，纤维织物为单向织物、平纹织物、斜纹织物和缎纹织物中的一种以上。
[0018]本专利技术的原理如下：
[0019]以静电纺丝纳米纤维膜的形式将阻燃剂置于复合材料层间，不会因阻燃剂的加入造成树脂粘度的增加，由于纳米纤维膜的均匀多孔结构，不会影响树脂对增强纤维织物的完全浸润，无需额外额打孔工序，且适用于多种复合材料成型工艺。
[0020]纳米纤维膜中的阻燃组分在燃烧时能促进纤维膜自身及层间区域树脂的成炭，从而起到隔绝热量、氧及燃料在层间的传递，抑制复合材料的燃烧，提升复合材料的阻燃等级。阻燃剂能在纳米纤维中均匀分布，在较小的阻燃剂使用量下就能赋予复合材料较高的阻燃性能。
[0021]此外，阻燃纳米纤维膜得益于其纳米级纤维结构，能在复合材料层间起桥接增韧作用，能吸收受冲击时的断裂能，阻止层间微裂纹的扩展，阻燃剂被分散包裹在热塑性聚合物中，消除了阻燃剂与树脂基体不相容的问题。
[0022]有益效果
[0023](1)本专利技术的一种纤维增强树脂基复合材料的制备方法，工艺简单；
[0024](2)本专利技术的一种纤维增强树脂基复合材料，赋予纤维增强树脂基复合材料阻燃性能的同时，不增加成型时树脂的粘度，并保证复合材料的力学强度。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的纤维增强树脂基复合材料的制备流程示意图；
[0026]图2为实施例1复合材料燃烧后的层间SEM图；
[0027]图3为实施例2复合材料燃烧后的层间SEM图；
[0028]图4为实施例3复合材料燃烧后的层间SEM图；
[0029]图5为实施例4复合材料燃烧后的层间SEM图；
[0030]图6为实施例5制备的纳米纤维膜SEM图；
[0031]图7为实施例6制备的纳米纤维膜SEM图；
[0032]图8为实施例5及实施例6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强树脂基复合材料，包括纤维/树脂复合材料以及插入其中的增韧层，其特征在于，增韧层为阻燃纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，阻燃纳米纤维膜由纳米纤维构成，纳米纤维由热塑性聚合物纤维本体以及分散在其中的含量为5
‑
50wt％的阻燃剂组成。3.根据权利要求2所述的一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，热塑性聚合物为苯氧树脂、聚芳醚酮、聚己内酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚苯醚、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚乙烯醇和聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种以上；阻燃剂为含磷阻燃剂、含氮阻燃剂、金属氢氧化物、含卤阻燃剂和金属盐类阻燃剂中的一种以上。4.根据权利要求2所述的一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，阻燃纳米纤维膜的制备过程为：先配制由热塑性聚合物、阻燃剂和溶剂组成的纺丝液，再进行静电纺丝，即得阻燃纳米纤维膜；静电纺丝的工艺参数包括：电压25
‑
80KV，接收距离180
‑
220mm，温度24℃，相对湿度10
‑
60％。5.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，纤维/树脂复合材料中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维或混编纤维；纤维/树脂复合材料中的树脂为环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、氰酸酯树脂和双马来酰亚胺树脂中的一种以上。6.根据权利要求5所述的一种纤维增...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞鸣明，谢旺，储宇吉，方琳，任慕苏，孙晋良，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：