软印刷法制备表面有结构复合材料的方法及其复合材料技术

本发明专利技术属于结构复合材料的制备技术领域，涉及一种软印刷法制备表面有结构复合材料的方法及其复合材料。即利用PDMS模板易制备、结构完美复制、低表面能的特点，通过软模板印刷和一体成型技术得到具有表面微结构的复合材料。这种方法不仅可一次具有微结构的复合材料，而且制备过程简单，兼容现有成型方法，能够制备各种各样的天然和人工微结构，具有高的结构重现性，具有高精度，并且能够很好地在保持微结构形态的情况下脱模，模板可多次使用。

Method for preparing surface structured composite material by soft printing method and composite material thereof

The invention belongs to the technical field of the preparation of structural composite materials, and relates to a method for preparing a surface structured composite material by a soft printing method and a composite material thereof. That is, the PDMS template is easy to prepare, the structure is perfect replication, low surface energy characteristics. Through soft template printing and integrated forming technology, the surface micro structure composite material is obtained. This method not only has a micro structure of the composite material, and the preparation process is simple, compatible with the existing molding method, capable of producing a variety of natural and artificial micro structure, the structure has high reproducibility, high accuracy, and can be well maintained in the micro structure of the mold case template repeated use.

【技术实现步骤摘要】
软印刷法制备表面有结构复合材料的方法及其复合材料
本专利技术属于结构复合材料的制备
，涉及一种软印刷法制备表面有结构复合材料的方法及其复合材料。
技术介绍
连续碳纤维增强的树脂基复合材料具有高的比强度和比刚度，在航空航天、输油管道、高压容器、民用体育器材等领域具有越来越广泛的应用。连续碳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。复合材料的发展越来越关注材料的功能性，如飞机在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。具有特殊微观结构表面的材料也备受关注，尤其在自然界中，一些生物在漫长的进化过程中形成了自己特有的特点，如广为人知的荷叶结构，其表面微米级的乳突结构使其具有超疏水性质，能够“出淤泥而不染”，超疏水涂料即根据此原理制备得到；蝴蝶表面的结构使其具有绚丽的色彩，也和具有类似光子晶体的表面微结构有关；具有鲨鱼皮结构的表面能够改善材料的气动性能，已被用于奥运会的游泳衣中。这些结构应用于复合材料可以使复合材料具有各种各样的方法，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，但成型后再应用涂层方法增加了工艺步骤，并且因为热膨胀系数差异和存在界面，导致涂层长期使用后易剥落失效，并且涂层方法能够制备的微结构种类有限。因此还需要发展普适性的具有表面微结构的复合材料的制备技术。综上，需要发展新型的具有表面微结构的复合材料的制备技术，赋予复合材料的功能性，从而使这类复合材料满足实际应用的需要，适应复合材料应用技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的：本专利技术针对现有技术的问题，提出了一种基于软印刷技术的具有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，再将软模板铺贴在复合材料预制体的表面，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，其表面能够完好复制所需要的选定微结构的形貌特征，尺寸精度可以达到纳米级。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种软印刷法制备表面有微结构复合材料的方法，其特征在于：(1)制备PDMS模板，即将预聚二甲基硅氧烷和交联剂以特定比例混合，铺展到选定微结构表面，使各部分厚度均匀，随后在交联固化条件下固化，固化完成后从微结构上揭下已固化的PDMS，即得到复制该微结构的PDMS反相模板；(2)将PDMS模板垫在连续纤维增强的复合材料预制体需要制备微结构的表面，微结构面朝向复合材料，按复合材料所需的成型工艺成型，成型完后冷却至60℃以下，脱模，取出复合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微结构的复合材料。PDMS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PDMS的厚度。表面微结构包括天然结构和人工结构。PDMS模板铺贴在靠着模具的一面。成型时工艺压力低于1.5MPa。成型工艺为采用RTM成型的方法，将连续纤维织物或单向带按规定铺层定型得到预制体，将PDMS覆盖在需要制备微结构的表面。成型工艺为采用预浸料真空袋压成型、预浸料模压成型成型、预浸料热压罐成型、预浸料隔膜成型的方法，将预浸料按规定的铺层得到预制体，将PDMS覆盖在需要制备微结构的表面。由这种方法制备得到的连续纤维增强复合材料制件。本专利技术的技术方案的核心是专利技术了一种制备具有表面微结构的复合材料方法，利用这种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功能表面，并且具有高的结构重现性，具有高精度，并且能够很好地脱模，模板可反复使用。本专利技术的优点和特点是本专利技术提出了一种新型的具有表面微结构的复合材料方法以及相应的复合材料，这种连续纤维增强复合材料具有一体成型的表面微结构，避免了在表面二次制备带来的工艺多步骤、复杂性和非一体成型具有的耐久性问题。制备工艺简单并能兼容现有成型方法，能够制备各种各样的天然和人工微结构，具有高的结构重现性，具有高精度，并且能够很好地在保持微结构形态的情况下脱模，模板可多次使用。附图说明图1是本专利技术具有表面荷叶结构的复合材料的电子显微镜图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术的设计和制备技术做进一步详细说明。实施例1：本专利技术技术方案的实施过程如下：(1-1)捋平荷叶，将预聚二甲基硅氧烷和交联剂以给定比例混合，真空脱除其中含有的气泡，再铺展到荷叶表面，使各部分厚度均匀，铺展厚度为0.5mm或2mm；随后在室温下放置12h预固化，预固化后再置于60℃烘箱中固化3h，固化完成后从荷叶上揭下已固化的PDMS，即得到复制该微结构的PDMS反相荷叶结构模板；(1-2)取环氧树脂预浸料，碳纤维T800、3K或M70、12K，环氧树脂5228(中航复合材料有限责任公司产品)，共8层，按[0,90]2s铺层得到复合材料预制体，随后将上述制备PDMS模板平铺在复合材料预制体需要制备微结构的表面，其中有微结构的表面朝向复合材料，将预制体放入铝模板中，再按复合材料所需的热压罐成型工艺成型；成型完后冷却至60℃以下，拆下铝模板，取出复合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微结构的复合材料；(1-3)上述(1-2)亦可以使用模压成型的方法，即将制备好的带有PDMS模板的放入模具中，通过控制间隔层厚度控制纤维体积分数，PDMS模板位于模具面和复合材料预制体之间，再用模压成型的方法成型，得到表面具有表面荷叶结构的复合材料；本实施例得到具有表面荷叶结构的T800/5228连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料，微结构复制良好，结构缺陷很少，并且结构形貌和精细度可媲美天然的荷叶结构。图1.复制的具有表面荷叶结构的复合材料的电子显微镜图，可以看到荷叶结构的结构形貌和精细度良好复制到复合材料表面。实施例2：本专利技术技术方案的实施过程如下：(2-1)取利用光刻胶刻蚀得到的四方点阵光子晶体微结构表面，并将预聚二甲基硅氧烷和交联剂以给定比例混合(选用耐高温类型的聚二甲基硅氧烷)，真空脱除其中含有的气泡，再铺展到四方点阵光子晶体表面，使各部分厚度均匀，铺展厚度为0.25mm或2.2mm；随后在室温下放置6h预固化，预固化后再置于60℃烘箱中固化4h，固化完成后从微结构表面上揭下已固化的PDMS，即得到复制该微结构的PDMS反相荷叶结构模板；(2-2)取碳纤维T700、3K单向织物，共8层，按制件要求铺层并定型后得到复合材料预制体，随后将上述制备PDMS模板平铺在复合材料预制体需要制备微结构的表面上，其中有微结构的表面朝向复合材料，将预制体放入模具中，再按复合材料所需的RTM成型工艺成型，控制压力小于1.2MPa，所用树脂为双马树脂6421(中航复合材料有限责任公司产品)，成型完后冷却至60℃以下，拆除模具，取出复合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微结构的复合材料；(2-3)上述(2-1)亦可以使用六方点阵的光子晶体微结构；(2-5)上述(2-1)亦可以使用光栅微结构；(2-6)上述(2-2)亦可以使用芳纶纤维织物、聚酰亚胺纤维织物。实施例3：本专利技术技术方案的实施过程如下：(3-1)取鲨鱼皮一张，铺平，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软印刷法制备表面有微结构复合材料的方法，其特征在于：(1)制备PDMS模板，即将预聚二甲基硅氧烷和交联剂以特定比例混合，铺展到选定微结构表面，使各部分厚度均匀，随后在交联固化条件下固化，固化完成后从微结构上揭下已固化的PDMS，即得到复制该微结构的PDMS反相模板；(2)将PDMS模板垫在连续纤维增强的复合材料预制体需要制备微结构的表面，微结构面朝向复合材料，按复合材料所需的成型工艺成型，成型完后冷却至60℃以下，脱模，取出复合材料后，揭下PDMS模板，即得到表面具有微结构的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种软印刷法制备表面有微结构复合材料的方法，其特征在于：(1)制备PDMS模板，即将预聚二甲基硅氧烷和交联剂以特定比例混合，铺展到选定微结构表面，使各部分厚度均匀，随后在交联固化条件下固化，固化完成后从微结构上揭下已固化的PDMS，即得到复制该微结构的PDMS反相模板；(2)将PDMS模板垫在连续纤维增强的复合材料预制体需要制备微结构的表面，微结构面朝向复合材料，按复合材料所需的成型工艺成型，成型完后冷却至60℃以下，脱模，取出复合材料后，揭下PDMS模板，即得到表面具有微结构的复合材料。2.根据权利要求1所述的一种软印刷法制备表面有微结构复合材料的方法，其特征在于：PDMS的厚度在0.1mm～5mm之间。3.根据权利要求1所述的一种软印刷法制备表面有微结构复合材料的方法，其特征在于：微结构的表面起伏高度不大于1mm，微结...

【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