本發(fā)明屬于先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、耐腐蝕性、可設(shè)計(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，在軌道交通、航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。預(yù)浸料的出現(xiàn)提高了復(fù)合材料的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。目前，預(yù)浸料的主流成型工藝是熱壓罐成型，其高昂的設(shè)備成本在很大程度上限制了復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展。真空袋成型技術(shù)(vacuum?bag?only，vbo)可以在大氣壓力下于烘箱中固化成型，極大的降低了生產(chǎn)成本。隨著vbo技術(shù)的不斷發(fā)展，其預(yù)浸料體系已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，比如tencate的tc250系列應(yīng)用于美國(guó)sf50飛機(jī)，hexcel的m56系列應(yīng)用于a320飛機(jī)，cytec的5320系列應(yīng)用于learjet-85飛機(jī)等。

2、由于工藝上的限制，vbo工藝還未大面積替代傳統(tǒng)熱壓罐成型工藝，一方面vbo成型是通過干纖維區(qū)域充當(dāng)導(dǎo)氣通路來(lái)排出成型過程中的殘留氣體，以降低最終產(chǎn)品的孔隙率，僅利用干纖維區(qū)域進(jìn)行排氣，極大的影響了vbo工藝的成型效率及排氣質(zhì)量；另一方面，熱固性復(fù)合材料的韌性差成為了限制其進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。

3、中國(guó)專利cn111187438a(公開日期為2020年5月22日)公開了一種真空袋成型工藝用碳纖維/增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的制備方法，該方法通過控制樹脂配方、固化劑和增韌劑的粒徑、樹脂體系配置的工藝條件，通過樹脂增韌改善預(yù)浸料的韌性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制的樹脂體系可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)增韌和預(yù)浸料制備的工藝需求。該方法的缺點(diǎn)是通過樹脂調(diào)配改善韌性適用性較差，韌性的提升效果有限。

4、中國(guó)專利cn115651242a(公開日期為2023年1月31日)公開了一種具有浮島-凹坑結(jié)構(gòu)的高韌性預(yù)浸料及其制備方法。該方法通過將不含顆粒的浸漬功能樹脂膠膜和含顆粒的增韌功能樹脂膠膜壓合于增強(qiáng)纖維上下表面，制備得到具有浮島-凹坑結(jié)構(gòu)的高韌性預(yù)浸料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是顯著提升復(fù)合材料的沖擊性能，改善預(yù)浸料手動(dòng)鋪放的適用性。該方法的缺點(diǎn)是樹脂的浸漬程度不易控制，ooa成型過程中的排氣效果差，最終產(chǎn)品的孔隙率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，該方法克服現(xiàn)有vbo成型制備復(fù)合材料所存在的抽氣時(shí)間長(zhǎng)、復(fù)合材料孔隙率高、復(fù)合材料層間韌性差等問題。

2、本發(fā)明的第一方面，提供了一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料，從上至下依次包括熱塑性超薄網(wǎng)紗、用于粘附熱塑性超薄網(wǎng)紗與鋪層定型的上膠膜、由纖維增強(qiáng)體構(gòu)成的干纖維區(qū)域及用于保證固化中期樹脂充分浸漬的下膠膜；其中熱塑性超薄網(wǎng)紗通過其本身的透氣性在固化前期作為層間導(dǎo)氣通路，固化后期作為層間增韌材料，干纖維區(qū)域作為層內(nèi)導(dǎo)氣通路；上膠膜克重在35～40gsm；下膠膜克重在80～90gsm。

3、本發(fā)明的第二方面，提供了一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，包括：

4、(1)利用熱熔法工藝將熱固性樹脂制成上膠膜、下膠膜，收卷備用。所述的熱固性樹脂在室溫下粘度保持在8000～15000pa·s，在膠膜制備過程中粘度保持在200～300pa·s，在高溫成型下最低粘度可在1～10pa·s。

5、(2)將步驟(1)中的上下膠膜粘度調(diào)整至50～100pa·s，選擇連續(xù)纖維作為纖維增強(qiáng)體，采用涂膜工藝實(shí)現(xiàn)雙面浸膠，得到非飽和浸漬預(yù)浸料，收卷備用。

6、(3)在步驟(2)中的非飽和浸漬預(yù)浸料上膠膜表面粘附熱塑性超薄網(wǎng)紗，得到最終的非飽和浸漬高韌性預(yù)浸料。

7、所述步驟(1)中的熱固性樹脂可選擇環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂和不飽和聚酯樹脂中的一種；上膠膜克重控制在35～40gsm，下膠膜克重控制在80～90gsm。

8、所述步驟(2)中的纖維增強(qiáng)體可選擇碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和玄武巖纖維中的一種；纖維增強(qiáng)體的形式可以選擇單向纖維束、單向纖維織物、平紋織物和斜文織物中的一種；膠膜浸漬速率控制在2～5m/min；預(yù)浸料上膠膜的浸漬深度占纖維增強(qiáng)體厚度的15～25％，下膠膜的浸漬深度占纖維增強(qiáng)體厚度的50～60％。

9、所述步驟(3)中熱塑性超薄網(wǎng)紗可以選擇聚酰胺(pa)、聚醚砜(pes)、聚醚酰亞胺(pei)、聚苯硫醚(pps)中的一種；熱塑性超薄網(wǎng)紗克重在4gsm～12gsm，上膠膜與超薄網(wǎng)紗的克重比在10:(1～3)；非飽和浸漬高韌性預(yù)浸料上膠膜浸漬程度較低，用于粘附熱塑性超薄網(wǎng)紗，下膠膜浸漬程度高，用于成型過程中樹脂通過流動(dòng)充分浸漬纖維。

10、有益效果

11、(1)本發(fā)明中采用上下膠膜的非飽和浸漬形式，上膠膜浸漬深度低，可用于粘附熱塑性超薄網(wǎng)紗以及鋪放定型；下膠膜浸漬深度高，自下而上的浸漬方式易于控制，成型過程中樹脂不會(huì)由于重力而造成上方干纖維區(qū)域的提前堵塞。

12、(2)本發(fā)明中的熱塑性超薄網(wǎng)紗構(gòu)筑了層間導(dǎo)氣通路，聯(lián)合層內(nèi)干纖維導(dǎo)氣通路，實(shí)現(xiàn)雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)預(yù)浸料，較少了預(yù)浸料的排氣時(shí)間，降低復(fù)合材料的孔隙率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)層間增韌，改善復(fù)合材料的韌性。

13、(3)本發(fā)明中的雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料適用性廣，可直接適配多種型號(hào)樹脂生產(chǎn)高韌性預(yù)浸料，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料，其特征在于，從上至下依次包括熱塑性超薄網(wǎng)紗、用于粘附熱塑性超薄網(wǎng)紗與鋪層定型的上膠膜、由纖維增強(qiáng)體構(gòu)成的干纖維區(qū)域及用于保證固化中期樹脂充分浸漬的下膠膜；其中熱塑性超薄網(wǎng)紗通過其本身的透氣性在固化前期作為層間導(dǎo)氣通路，固化后期作為層間增韌材料，纖維增強(qiáng)體作為層內(nèi)導(dǎo)氣通路；上膠膜克重在35～40gsm；下膠膜克重在80～90gsm。

2.一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，包括下述順序的步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，所述的步驟1中，熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂或不飽和聚酯樹脂。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟1中，上膠膜克重控制在35～40gsm，下膠膜克重控制在80～90gsm。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中，纖維增強(qiáng)體為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或玄武巖纖維。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中，纖維增強(qiáng)體為單向纖維束、單向纖維織物、平紋織物或斜紋織物。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的方法，其特征在于，所述步驟2中，雙面浸膠的膠膜浸漬速率控制在2～5m/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，雙面浸膠中上膠膜的浸漬深度占纖維增強(qiáng)體厚度的15～25％，下膠膜的浸漬深度占纖維增強(qiáng)體厚度的50～60％。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中，熱塑性超薄網(wǎng)紗為聚酰胺、聚醚砜、聚醚酰亞胺或聚苯硫醚。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中，熱塑性超薄網(wǎng)紗克重在4gsm～12gsm，上膠膜與超薄網(wǎng)紗的克重比在10:(1～3)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種真空袋成型用雙導(dǎo)通結(jié)構(gòu)高韌性預(yù)浸料及其制備方法，該方法通過控制上下膠膜的克重差異，制備非飽和浸漬預(yù)浸料；其次，在上膠膜表面粘附熱塑性超薄網(wǎng)紗，該超薄網(wǎng)紗起到兩個(gè)作用：一、利用網(wǎng)紗透氣性形成面外導(dǎo)氣通路，提升真空袋成型過程中的排氣效率，降低孔隙率；二、成型后期超薄網(wǎng)紗溶進(jìn)樹脂基體，提升復(fù)合材料層間韌性。本發(fā)明解決了真空袋成型復(fù)合材料抽氣時(shí)間長(zhǎng)、孔隙率高的問題，同時(shí)改善了復(fù)合材料的層間韌性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉千立,張輝,韓克清,張京旺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8