一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料及其制备方法，包括由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的纤维材料复合而成的中间层和位于中间层两侧的由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的金属颗粒复合而成的富集层，中间层和富集层之间为由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的金属颗粒、纤维材料复合而成的过渡层。其制备方法包括先制备含有金属颗粒的薄膜，进而在两侧薄膜中铺设纤维材料，再通过热压成型的方法制备得到。本发明专利技术预浸料面密度可控、金属颗粒均匀分布在表层，可赋予复合材料更多优异性能，且其制备方法工艺简单、操作方便、反应条件温和，不需要特殊的化工设备，易于实现大规模生产，利于实现工业化应用。利于实现工业化应用。利于实现工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属颗粒改性纤维增强环氧树脂预浸料的制备领域，涉及一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料及其制备方法。

技术介绍

[0002]与其他材料相比，纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、疲劳性能好、耐腐蚀、性能可设计等优点。工业界，时常通过在复合材料基体中加入新的组分以获得新组分的部分特性，例如在复合材料层间引入金属薄层起到防雷击、电磁屏蔽等效果；加入短切纤维增强复合材料的层间力学性能；加入含能组分可获得伴爆性能等。大量金属颗粒的掺入可以在保证原有大部分力学性能的基础上，大幅度提高复合材料的导电、导热、电磁屏蔽、含能等性能。因此，根据不同的应用场景需求设计功能化复合材料，制备出结构功能一体化的构件，应用前景广泛。
[0003]预浸料成型是复合材料成型效率最高、制品性能最好的方法之一。然而，现有预浸料制备工艺中，难以将金属颗粒复合到预浸料表层中，而且更难的是金属颗粒难以均匀分散在预浸料表层中，同时金属颗粒易发生团聚，因而容易挤压纤维材料并破坏纤维材料的完整度和取向度，从而发生屈曲和变形，无法形成均匀一致的表层。例如，采用溶剂法溶解金属颗粒和树脂，则会在树脂中遗留部分溶剂，在预浸料固化时会有小分子逸出，在最终制得的复合材料中引入大量气泡和空隙缺陷，影响复合材料性能。至今为止，尚未见到关于表层中富含金属颗粒的环氧树脂预浸料的报道。因此，获得一种能够赋予复合材料更多优异性能的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料以及与之匹配的面密度可控、金属颗粒均匀分布在表层的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，对于制备多功能特性复合材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够赋予复合材料更多优异性能的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，还提供了一种面密度可控、金属颗粒均匀分布在表层的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，包括中间层和位于中间层两侧的富集层，所述中间层由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的纤维材料复合而成，所述富集层由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的金属颗粒复合而成；所述中间层和富集层之间还包括过渡层；所述过渡层由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的金属颗粒、纤维材料复合而成。
[0007]上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，进一步改进的，所述
中间层的厚度为0.05～0.3mm；所述富集层的厚度为0.02～0.25mm；所述过渡层的厚度为1～50μm。
[0008]上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，进一步改进的，所述连续纤维增强环氧树脂预浸料中纤维材料的质量百分含量为1％～80％，金属颗粒的质量百分含量为1％～80％。
[0009]上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，进一步改进的，所述金属颗粒为包含Al、Fe、Co、Ni、Ta、Tl、Fe2O3、Fe3O4、铝镁合金在内的金属、金属氧化物以及合金中的至少一种；所述金属颗粒的粒径为500nm～20μm。
[0010]上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，进一步改进的，所述连续纤维增强环氧树脂预浸料中，金属颗粒主要分布在富集层中，少量分布在过渡层中；所述富集层中主要含有粒径为500nm～20μm的金属颗粒；所述过渡层中主要含有粒径为500nm～3μm的金属颗粒。
[0011]上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，进一步改进的，所述环氧树脂基体由包括双酚A型环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂在内的原料混合而得；所述双酚A型环氧树脂为E
‑
51、E
‑
44、E
‑
20中的至少一种；所述酚醛树脂为F
‑
46、F
‑
44、F
‑
51、F
‑
48、F
‑
50中的至少一种；所述增韧剂为端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚乙烯醇缩丁醛、聚醚砜中的至少一种；所述环氧树脂基体还包括以下原料组分：固化剂和固化催化剂；所述固化剂为双氰胺、4,4二氨基二苯基甲烷、4,4二氨基二苯基甲砜中的至少一种；所述固化催化剂为3
‑
苯基
‑
1,1
‑
二甲基脲、3
‑
(对氯苯基)
‑
1,1
‑
二甲基脲、3
‑
(3,4
‑
二氯苯基)
‑
1,1
‑
二甲基脲中的至少一种。
[0012]上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，进一步改进的，所述纤维材料为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、PBO纤维中的至少一种或由它们中的至少一种作为原料复合而成的纤维布。
[0013]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1、将酚醛树脂、增韧剂、一部分的双酚A型环氧树脂进行预热，混合，搅拌，得到低粘树脂组分；
[0015]S2、将步骤S1中得到的低粘树脂组分与金属颗粒混合，搅拌，得到胶状物A；
[0016]S3、将固化剂、固化催化剂、剩余的双酚A型环氧树脂混合，分散，所得胶状物B与步骤S2中得到的胶状物A混合，搅拌，除去气泡，得到预成型树脂；
[0017]S4、将步骤S3中得到的预成型树脂制成薄膜；
[0018]S5、将纤维材料铺设在步骤S4中制成的薄膜中间构成复合膜，利用对压辊对复合膜进行热压成型，得到表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料。
[0019]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述双酚A型环氧树脂、增韧剂、酚醛树脂的质量比为1∶1∶1.5～1∶1∶2。
[0020]步骤S2中，所述低粘树脂组分与金属颗粒的质量比为1∶0.1～1∶3。
[0021]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S3中，所述固化催化剂、固化剂、双酚A型环氧树脂的质量比为1∶2∶2～1∶4∶8；所述胶状物B与胶状物A的质量比为1∶7～1∶14。
[0022]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述预热在40～150℃下进行；所述预
热的时间为10～150min；所述搅拌的时间为10～150min。
[0023]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，还包括以下处理：将胶状物A降温至80℃以下；所述搅拌的时间为10～150min。
[0024]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S3中，利用三辊机对固化剂、固化催化剂和双酚A型环氧树脂的混合物进行分散；所述分散的重复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，其特征在于，包括中间层和位于中间层两侧的富集层，所述中间层由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的纤维材料复合而成，所述富集层由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的金属颗粒复合而成；所述中间层和富集层之间还包括过渡层；所述过渡层由环氧树脂基体和分布在环氧树脂基体中的金属颗粒、纤维材料复合而成。2.根据权利要求1所述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，其特征在于，所述中间层的厚度为0.05～0.3mm；所述富集层的厚度为0.02～0.25mm；所述过渡层的厚度为1～50μm。3.根据权利要求2所述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，其特征在于，所述连续纤维增强环氧树脂预浸料中纤维材料的质量百分含量为1％～80％，金属颗粒的质量百分含量为1％～80％。4.根据权利要求3所述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，其特征在于，所述金属颗粒为包含Al、Fe、Co、Ni、Ta、Tl、Fe2O3、Fe3O4、铝镁合金在内的金属、金属氧化物以及合金中的至少一种；所述金属颗粒的粒径为500nm～20μm。5.根据权利要求4所述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，其特征在于，所述连续纤维增强环氧树脂预浸料中，金属颗粒主要分布在富集层中，少量分布在过渡层中；所述富集层中主要含有粒径为500nm～20μm的金属颗粒；所述过渡层中主要含有粒径为500nm～3μm的金属颗粒。6.根据权利要求1～5中任一项所述的表层富含金属颗粒的连续纤维增强环氧树脂预浸料，其特征在于，所述环氧树脂基体由包括双酚A型环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂在内的原料混合而得；所述双酚A型环氧树脂为E
‑
51、E
‑
44、E
‑
20中的至少一种；所述酚醛树脂为F
‑
46、F
‑
44、F
‑
51、F
‑
48、F
‑
50中的至少一种；所述增韧剂为端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚乙烯醇缩丁醛、聚醚砜中的至少一种；所述环氧树脂基体还包括以下原料组分：固化剂和固化催化剂；所述固化剂为双氰胺、4,4二氨基二苯基甲烷、4,4二氨基二苯基甲砜中的至少一种；所述固化催化剂为3
‑
苯基
‑
1,1
‑
二甲基脲、3
‑
(对氯苯基)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鉴炜，王宪，贺雍律，唐俊，刘钧，张慧军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：