一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料及高韧复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料及高韧复合材料，属于复合材料技术领域。预浸料包括增强纤维和未固化的树脂基质；该未固化的树脂基质包括树脂组分、固化剂、可溶性热塑性增韧剂和热塑性增韧粒子，其中，该树脂组分包含至少一种环氧树脂，该热塑性增韧粒子包含联苯二酚聚芳醚酮。所述含联苯二酚聚芳醚酮的热塑性增韧粒子疏水性强、吸水性低、耐热性高，且在环氧树脂中只溶胀不溶解，能够显著提高复合材料的冲击后压缩强度和在湿热条件下压缩强度保持率，满足航空航天领域对碳纤维复合材料高抗冲击韧性的要求。纤维复合材料高抗冲击韧性的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料及高韧复合材料


[0001]本专利技术涉及一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料的预浸料及由该预浸料制成的高韧复合材料，属于复合材料


技术介绍

[0002]聚合物基复合材料由于具有比模量高、比强度高、可设计性强、耐疲劳性能优异等优点，与金属材料相比具有明显的结构减重效益，成为当代航空航天领域应用的主要结构材料之一。例如机翼、机身、舱壁和操纵面等复合材料部件是利用预浸渍的复合材料(预浸料)经过模塑和固化而制造的。利用预浸料制造复合材料部件可以精确控制浸渍到纤维网络中树脂的量和位置，确保树脂和纤维在复合材料中的分布，从而使复合材料具有足够的力学性能。
[0003]复合材料耐冲击性能是限制其在航空航天等应用的瓶颈。热固性树脂体系(比如环氧树脂、双马树脂等)通常存在着固化后断裂伸长率低、损伤耐受性差的缺点。相应的复合材料表现为层间韧性不足，当受到低速冲击时，其层间容易发生大面积分层现象，严重影响复合材料的承载能力与使用寿命，为此就需要对复合材料进行增韧以提高其抗冲击损伤和抗分层能力。
[0004]采用热塑性树脂颗粒层问增韧方法可有效提高热固性树脂基复合材料的冲击阻抗和损伤容限。层间颗粒增韧技术利用了热固性树脂基体和热塑性树脂颗粒的优点，将具有良好工艺性能及高模量的热固性树脂基体主要集中在纤维层内，实现对纤维的浸润，而具有优异断裂韧度的热塑性树脂颗粒主要富集在复合材料层间，发挥其高断裂韧度的优点，防止层合板发生分层损伤并抑止层间树脂基体开裂的过度扩展。
[0005]层间颗粒增韧是目前最常用、最成熟、最广泛的复合材料增韧方法。目前，美国赫克赛尔公司M21、M91体系，日本东丽株式会社3900、3960体系，美国氰特科技股份有限公司的X850体系都采用了层间颗粒增韧方式，使得复合材料体系的损伤容限显著提高。层间颗粒增韧最关键是选择适合的层间增韧粒子(热塑性树脂颗粒)。早在2008年，为了提高复合材料损伤耐受性，赫克赛尔公司同时采用了熔点高于固化温度的增韧粒子与熔点低于或等于固化温度的增韧粒子(CN101679606B)。进一步，在2011年，赫克赛尔公司采用了不溶性弹性增韧粒子和不溶性刚性增韧粒子的共混物来提高复合材料损伤耐受性和层间韧度(CN102869507B)。这些专利中的增韧粒子都涉及到不同种类的聚酰胺，说明聚酰胺是一种优选的增韧粒子。类似地，赫克赛尔公司公开的其他多篇专利也涉及到使用聚酰胺为增韧粒子(CN104704029B，CN106062051B，CN110337461B)。日本东丽株式会社也报道了不同聚酰胺的增韧效果并制备不同种类的聚酰胺粒子(CN104955883B)。美国氰特科技股份有限公司在专利中(CN103249776A)采用不溶增韧粒子和可溶胀增韧粒子的组合来提高复合材料的层间韧性，其中也涉及到多种聚酰胺粒子。
[0006]虽然聚酰胺是一种优选的热塑性层间增韧粒子，但聚酰胺也存在耐热性低、易吸水、与环氧树脂相容性差等不足，这一定程度上会影响复合材料部件拉伸、压缩等力学性
能，特别是在湿热条件下的压缩性能。在航空航天领域，树脂基复合材料部件通常需要在室温/干燥和热/湿的两种条件下都保持高的压缩强度。因此，有必要通过筛选新型层间增韧粒子，开发出具有高损伤耐受性、层间断裂韧度及湿/热条件下压缩强度的预浸料，满足航空航天领域对高性能预浸料持续需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有常规含有聚酰胺增韧粒子预浸料存在的耐湿热等性能不足的问题，提出一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料及由该预浸料制成的高韧复合材料，通过采用一种含联苯二酚聚芳醚酮的热塑性增韧粒子，开发出具有高损伤耐受性、层间断裂韧度及湿/热条件下压缩强度的预浸料。包含以下方面：
[0008]本专利技术第一方面提出一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料，包括增强纤维和未固化的树脂基质；所述未固化的树脂基质包括树脂组分、固化剂、可溶性热塑性增韧剂和热塑性增韧粒子，其中，该树脂组分包含至少一种环氧树脂，该热塑性增韧粒子包含联苯二酚聚芳醚酮，所述联苯二酚聚芳醚酮的分子结构式如下：
[0009][0010]其中，m，n是整数，其比例可以是1:10～9:1；为了在保证能在环氧树脂体系中溶胀且不完全溶解，m与n的比例优选为：3:7～7:3。
[0011]优选地，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种的组合；更优选为碳纤维。
[0012]优选地，所述增强纤维和未固化的树脂基质中，未固化树脂的质量占比为25％～40％，但不以此为限。
[0013]优选地，所述树脂组分包括二官能环氧树脂、三官能环氧树脂和四官能环氧树脂中的一种或多种，为饱和、不饱和、环脂族、脂环族或杂环环氧树脂；所述二官能环氧树脂选自双酚F的二缩水甘油醚、双酚A的二缩水甘油醚、二缩水甘油基二羟基萘、酚醛加合物的缩水甘油醚、脂族二醇的缩水甘油醚、二缩水甘油醚、二甘醇二缩水甘油醚中的一种或多种的组合，二官能环氧树脂的添加量为未固化的树脂基质的10wt％～40wt％，优选为15wt％～35wt％，更优选为20wt％～25wt％；所述三官能环氧树脂是三官能的间缩水甘油胺，三官能环氧树脂的添加量为未固化的树脂基质的15wt％～35wt％，优选为20wt％～30wt％；所述四官能环氧树脂是四官能的对缩水甘油胺，5wt％～15wt％。
[0014]优选地，所述固化剂为酐、芳香胺、多元醇、氰基胍、芳族、脂族胺、酸酐、路易斯酸、取代的脲、咪唑和肼中的一种或多种，固化剂的用量为未固化的树脂基质10wt％～35wt％，优选为15wt％～25wt％。
[0015]优选地，所述可溶性热塑性增韧剂选自聚醚砜、聚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚芳醚酮腈、嵌段共聚物中的一种或多种的组合；优选为聚芳醚酮；增韧剂的用量为未固化的树脂基质3wt％～25wt％，优选为10wt％～20wt％。
[0016]优选地，所述热塑性增韧粒子还包括乙烯系聚合物、聚酯、聚酰胺、聚芳醚、聚芳硫醚、聚醚砜、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚硅氧烷中的一种或多种的共聚物；优选为聚酰胺或聚酰亚胺，热塑性增韧粒子总添加量为未固化的树脂基质的5wt％～30wt％，优选为5wt％～15wt％。
[0017]优选地，所述联苯二酚聚芳醚酮添加量为树脂基质的2wt％～20wt％。
[0018]本专利技术第二方面提出一种含联苯二酚聚芳醚酮的高韧复合材料，由本专利技术第一方面提出的一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料经过固化制备得到。
[0019]本专利技术与现有技术相比的有益效果
[0020](1)由于本专利技术所涉及的含联苯二酚聚芳醚酮热塑性增韧粒子是首次应用在高韧性预浸料制备，且制备的复合材料具有高损伤耐受性、层间断裂韧度及湿/热条件下压缩强度，因此具有显著的创新性。
[0021](2)本专利技术所采用的聚芳醚酮分子链中含有联苯二酚结构，在环氧树脂中只溶胀不溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含联苯二酚聚芳醚酮的预浸料，其特征在于，包括增强纤维和未固化的树脂基质；该未固化的树脂基质包括树脂组分、固化剂、可溶性热塑性增韧剂和热塑性增韧粒子，其中，该树脂组分包含至少一种环氧树脂，该热塑性增韧粒子包含联苯二酚聚芳醚酮，所述联苯二酚聚芳醚酮的分子结构式如下：其中，m，n是整数，m与n的比例为3:7～7:3。2.如权利要求1所述的预浸料，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种的组合。3.如权利要求1所述的预浸料，所述增强纤维和未固化的树脂基质中，未固化的树脂基质的质量占比为25％～40％。4.如权利要求1所述的预浸料，所述树脂组分包括二官能环氧树脂、三官能环氧树脂和四官能环氧树脂中的一种或多种，为饱和、不饱和、环脂族、脂环族或杂环环氧树脂。5.如权利要求4所述的预浸料，所述二官能环氧树脂选自双酚F的二缩水甘油醚、双酚A的二缩水甘油醚、二缩水甘油基二羟基萘、酚醛加合物的缩水甘油醚、脂族二醇的缩水甘油醚、二缩水甘油醚、二甘醇二缩水甘油醚中的一种或多种的组合，其添加量为未固化的树脂基质的10wt％～40wt％；所述三官能环氧树脂为三官能的间缩水甘油胺，其添加量为未固化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂起林，欧秋仁，刘绍堂，刘克胜，董大为，刘秀，陈超，赵亮，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：