帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料及制備方法。將預(yù)浸料按照復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的形狀尺寸以及力學(xué)性能的要求逐層裁切，在模具內(nèi)順序鋪設(shè)已裁切好的各層預(yù)浸料，然后預(yù)壓實(shí)成型。在初步形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的主體形狀的基礎(chǔ)上再將一層或者數(shù)層干態(tài)纖維織物鋪覆在已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上。將制備好的功能樹脂體系注入密封的模腔中，浸漬模腔中的纖維織物，或者在每層干態(tài)的纖維織物表面涂覆液態(tài)的功能樹脂體系，初步形成三維導(dǎo)電功能層。在模具中將已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與導(dǎo)電功能層一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型。最后開模得到帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
【專利說明】帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，特別涉及帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料相比，在性能、設(shè)計、成型等方面顯示出許多優(yōu)越的特性，比如:先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)性能，其比強(qiáng)度和比模量是鋼和鋁合金的3?5倍甚至更高，并且碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度可高達(dá)90%的靜態(tài)強(qiáng)度，而鋼和鋁合金的疲勞強(qiáng)度僅可達(dá)到50%左右的靜態(tài)強(qiáng)度。正是由于先進(jìn)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，從而可以大幅度地減輕結(jié)構(gòu)件的重量，例如在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上可以減重25%?30%。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的可設(shè)計性強(qiáng)，通過選擇不同的高性能纖維和高性能樹脂并采用適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)加以成型和調(diào)控，可以獲得多種結(jié)構(gòu)和多種性能的先進(jìn)復(fù)合材料。通過適當(dāng)增減各種材料組分，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)-功能一體化。大型復(fù)雜的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件還可以一次整體成型，從而減少產(chǎn)品部件和連接件的數(shù)目。
[0003]基于以上特性，纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在航空航天、汽車、艦船以及其他運(yùn)輸業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別地，飛機(jī)結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料的用量在過去的30年中穩(wěn)定增長，例如，波音B787以及空客A350-XWB中復(fù)合材料的用量超過飛機(jī)重量的50%。但是隨著復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的大量應(yīng)用，近年來頻發(fā)的B787事故引發(fā)了國際社會對復(fù)合材料安全性和可靠性的質(zhì)疑，包括復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的抗雷擊特性、抗冰雹及抗撞擊特性、油箱閃電引燃問題、阻燃與阻煙特性等。這里既涉及到復(fù)合材料的力學(xué)問題，又涉及到其功能特性如導(dǎo)電導(dǎo)熱等問題。
[0004]碳纖維復(fù)合材料不僅在力學(xué)性能方面呈現(xiàn)各向異性，而且在導(dǎo)電和導(dǎo)熱方面也呈現(xiàn)出顯著的各向異性?？臻g三個方向(即沿纖維方向、鋪層內(nèi)垂直纖維方向以及鋪層厚度方向)的熱阻和電阻各不相同，有幾個數(shù)量級之差。通常在鋪層內(nèi)沿碳纖維方向的電阻率最小，在鋪層厚度方向上的電阻率最大，大約是沿纖維方向的電阻率的13?15倍?；趶?fù)合材料在鋪層厚度方向上導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能差的現(xiàn)狀，急需研發(fā)結(jié)構(gòu)-功能一體化的抗雷擊復(fù)合材料及其成型工藝方法。
[0005]常用的抗雷擊損傷的方法是在飛機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件表面覆蓋一層金屬網(wǎng)，但是這種方法增加了結(jié)構(gòu)件的重量，與輕量化的設(shè)計目標(biāo)相背離；金屬與樹脂界面強(qiáng)度差，兩者的熱膨脹系數(shù)不匹配，易于導(dǎo)致金屬網(wǎng)的剝離；在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的幾何形狀復(fù)雜部位鋪覆金屬網(wǎng)的難度大，結(jié)構(gòu)-功能整體化成型的難度大。
[0006]隨著納米材料基礎(chǔ)理論、制備工藝以及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)等的不斷完善，諸如銀納米線、碳納米管以及石墨烯等在導(dǎo)電導(dǎo)熱方面有著優(yōu)異性能的納米材料受到了越來越多的關(guān)注。其中，碳納米管具有質(zhì)輕、大的長徑比、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的力學(xué)性能和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、可以承受高的電流密度等優(yōu)點(diǎn)，是一種高性能的導(dǎo)電改性納米材料。
[0007]目前碳納米管等納米材料可以通過如下方式引入到樹脂基復(fù)合材料中:
[0008](I)將碳納米管分散到液態(tài)的基體樹脂中，然后利用液態(tài)模塑成型技術(shù)制備纖維復(fù)合材料。在該成型工藝過程中樹脂和纖維通過浸潰來實(shí)現(xiàn)復(fù)合，混雜了碳納米管填料的樹脂在多尺度的多孔介質(zhì)中的復(fù)雜滲流以及對纖維的浸潰、樹脂的化學(xué)流變和固化反應(yīng)都對最終的復(fù)合材料性能有顯著影響，因而增加了液態(tài)模塑成型工藝的難度、復(fù)雜性和不可控因素。此外，在整個復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件中都添加價格昂貴的碳納米管，導(dǎo)致材料成本明顯增加。
[0009](2)通過物理或者化學(xué)的方法將碳納米管附著于干態(tài)的增強(qiáng)纖維束或者纖維織物的表面，進(jìn)而和液態(tài)樹脂復(fù)合成型，或者直接附著于纖維/樹脂預(yù)浸料的表面再通過層合熱壓方式來制備復(fù)合材料。該工藝方法的根本缺陷是:對于前者，導(dǎo)電導(dǎo)熱改性僅僅發(fā)生于纖維束與周圍樹脂的界面上或者纖維織物與周圍樹脂的界面上，在纖維束之間或者纖維織物之間的樹脂相對富集區(qū)，不能提高樹脂導(dǎo)電性，導(dǎo)致在鋪層厚度方向上不能建立有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；對于后者，導(dǎo)電導(dǎo)熱改性僅僅發(fā)生于相鄰的兩個預(yù)浸料的層合界面上，而碳納米管難以進(jìn)入每層預(yù)浸料內(nèi)部的富樹脂區(qū)，不能提高每層預(yù)浸料內(nèi)部的樹脂導(dǎo)電性，因此不能在鋪層厚度方向上建立有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。此外，在整個復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的每個層間區(qū)域中都添加價格昂貴的碳納米管，導(dǎo)致材料成本明顯增加。
[0010]為了保證先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在飛機(jī)等航空航天器上應(yīng)用的安全性，在遭遇雷電沖擊的情況下能夠?qū)㈦娏髟趶?fù)合材料結(jié)構(gòu)件的可控厚度的表層區(qū)域內(nèi)迅速導(dǎo)走而不損傷復(fù)合材料力學(xué)性能，且能夠在制造成本控制、工藝技術(shù)實(shí)施等方面具有顯著優(yōu)勢，發(fā)明了一種帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料及其整體成型工藝方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0011]本發(fā)明為了低成本地解決上述的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料雷擊損傷問題，設(shè)計一種帶有抗雷擊表面功能層的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料及其整體成型工藝方法，該表面功能層實(shí)現(xiàn)了三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的搭接，能夠?qū)⒗纂娏髟趶?fù)合材料結(jié)構(gòu)件的可控厚度的表層區(qū)域內(nèi)迅速導(dǎo)走而不損傷復(fù)合材料力學(xué)性能。同時該功能層能夠很好地貼合復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的表面，避免了傳統(tǒng)技術(shù)中金屬網(wǎng)與復(fù)合材料界面強(qiáng)度差、仿形困難等問題。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0013]本發(fā)明提供一種帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料，按如下步驟制備:
[0014](I)制備功能樹脂:將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入液態(tài)樹脂中，恒溫攪拌I?2h，再加入導(dǎo)電改性粒子，恒溫攪拌2?4h后，超聲波處理4?6h，即得混合均勻的功能樹脂；所述聚乙烯吡咯烷酮與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000，所述導(dǎo)電改性粒子與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000 ；
[0015](2)將預(yù)浸料逐層裁切并順序鋪設(shè)在模具內(nèi)，在熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型，即得預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料，如圖1所示；
[0016](3)在步驟(2)得到的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上鋪覆一層或者數(shù)層干態(tài)碳纖維織物，合模；
[0017](4)向步驟⑴中制備的功能樹脂中添加固化劑，固化劑與所述功能樹脂的重量比為3?8:1000 ；
[0018](5)將步驟(4)中添加固化劑的功能樹脂通過注膠系統(tǒng)注入密封的模腔中，充分浸潰干態(tài)碳纖維，即得功能樹脂浸潰后的纖維織物，每層膠含量占該層總質(zhì)量的30?40% ；
[0019](6)在模具中將步驟(2)中已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與步驟(5)中得到的功能樹脂浸潰后的纖維織物一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型；
[0020](7)開模，即得帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。
[0021]步驟(I)中，所述的恒溫攪拌和超聲處理工藝條件為:在60 V?80°C下恒溫水浴中機(jī)械攪拌，超聲頻率為120kHz。
[0022]步驟(I)中，所述的導(dǎo)電改性粒子為單壁或多壁碳納米管、鍍鎳碳納米管或任一表面改性的碳納米管、石墨烯、銀納米線、碳納米管與石墨烯的共價結(jié)合產(chǎn)物。
[0023]步驟⑵中，所述熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型的工藝條件為在溫度65°C?85°C、壓力0.1?0.25Mpa下進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型15?30min,得到預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料。
[0024]步驟(2)中，所述的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料的單層厚度為0.1?0.2_。
[0025]步驟(3)中，所述的干態(tài)碳纖維織物的厚度為0.2?0.4mm,由多層所述的干態(tài)碳纖維織物鋪覆構(gòu)成表面功能層，表面功能層厚度占所述預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料總厚度的1/8 ?1/4。
[0026]步驟(4)中，所述的固化劑為二亞乙基三胺。
[0027]步驟(6)中，所述的熱壓工藝為首先在65°C?85°C熱壓20?40min，然后120°C?135°C熱壓Ih ;壓力為0.1?0.3Mpa。
[0028]一種帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，除了可以采用上述的合模后注膠技術(shù)之外，還可以采用合模前涂膠技術(shù)，包括如下步驟:
[0029](I)制備功能樹脂:將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入液態(tài)樹脂中，恒溫攪拌I?2h，再加入導(dǎo)電改性粒子，恒溫攪拌2?4h后，超聲波處理4?6h，即得混合均勻的功能樹脂；所述聚乙烯吡咯烷酮與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000，所述導(dǎo)電改性粒子與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000 ；
[0030](2)將預(yù)浸料逐層裁切并順序鋪設(shè)在模具內(nèi)，在熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型，即得預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料；
[0031](3)向步驟⑴中制備的功能樹脂中添加固化劑，固化劑與所述功能樹脂的重量比為3?8:1000 ；
[0032](4)在步驟(2)得到的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上鋪覆一層或者數(shù)層碳纖維織物，合模，熱壓固化成型；所述的一層或者數(shù)層碳纖維織物在鋪覆之前表面涂覆了步驟(3)制備的功能樹脂；
[0033](5)開模，即得帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。
[0034]本發(fā)明提出的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料整體成型工藝方法是將預(yù)浸料按照復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的形狀尺寸以及力學(xué)性能的要求逐層裁切，在模具內(nèi)順序鋪設(shè)已裁切好的各層預(yù)浸料，然后預(yù)壓實(shí)成型。在初步形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的主體形狀的基礎(chǔ)上再將一層或者數(shù)層干態(tài)纖維織物鋪覆在已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上。將制備好的功能樹脂體系注入密封的模腔中，浸潰模腔中的纖維織物，或者在每層干態(tài)的纖維織物表面涂覆液態(tài)的功能樹脂體系，初步形成三維導(dǎo)電功能層。在模具中將已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與導(dǎo)電功能層一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型。最后開模得到帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
[0035]圖2給出了帶有鍍鎳碳納米管改性的導(dǎo)電功能層的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料平板件(a)以及未經(jīng)表面功能改性的平板件(b)經(jīng)同樣的人工模擬雷電流擊中后的超聲C掃描圖。從所述的超聲C掃描對比圖片可以看出:表面功能層使復(fù)合材料面內(nèi)的損傷面積明顯減小。
[0036]圖3給出了(a)、(b)平板中心橫截面的超聲B掃描對比圖。從所述的超聲B掃描對比圖片可以看出:表面功能層能夠在平板件表面起到很好的表面散流作用，避免了雷電流進(jìn)入平板內(nèi)部，使復(fù)合材料厚度方向上的損傷明顯減小。
[0037]本發(fā)明有益的效果是:
[0038]1.采用液態(tài)模塑成型技術(shù)耦合預(yù)浸料成型技術(shù)來制備帶有抗雷擊表面功能層的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，這樣在原有成熟的液態(tài)模塑成型工藝、預(yù)浸料成型工藝上加以組合調(diào)整便可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)-功能一體化復(fù)合材料的整體成型，可實(shí)施性強(qiáng)，不需新增設(shè)備和模具，制備成本低。
[0039]2.在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的可控厚度的表層區(qū)域內(nèi)構(gòu)建抗雷擊功能層，有效節(jié)約了價格昂貴的導(dǎo)電改性納米材料的用量，在材料成本上具有特別的優(yōu)勢。
[0040]3.更為關(guān)鍵的是，該材料和工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電功能層的三維導(dǎo)電導(dǎo)熱強(qiáng)化改性，即不僅在鋪層面內(nèi)而且在鋪層厚度方向上都能形成電流導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)，顯著提高了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的抗雷擊效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的模具和工藝過程示意圖。
[0042]其中，1.上模，2.密封圈，3.下模，4.已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料，5.注膠通道，
6.干態(tài)纖維織物，7.帶有抗雷擊表面功能層的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
[0043]圖2是帶有鍍鎳碳納米管改性的導(dǎo)電功能層的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料平板件(a)以及未經(jīng)表面功能改性的平板件(b)經(jīng)同樣的人工模擬雷電流擊中后的超聲C掃描圖。
[0044]圖3是帶有鍍鎳碳納米管改性的導(dǎo)電功能層的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料平板件(a)以及未經(jīng)表面功能改性的平板件(b)經(jīng)同樣的人工模擬雷電流擊中后的中心橫截面的超聲B掃描對比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0046]實(shí)施例1:
[0047](I)在已經(jīng)裝有攪拌器的250ml單頸圓底燒瓶中，加入0.1g干燥的PVP粉末和10ml液態(tài)環(huán)氧樹脂，在60°C的水浴中加熱攪拌lh，再加入0.1g干燥的鍍鎳碳納米管，在60°C的水浴中加熱再攪拌2h。經(jīng)120kHz超聲波處理4h。得到混合均勻的添加有多壁碳納米管的環(huán)氧樹脂。
[0048](2)將預(yù)浸料裁切成150mm*100mm大小并在模具內(nèi)逐層鋪覆29層。
[0049]設(shè)定熱壓機(jī)溫度為65°C，壓力為0.1Mpa，預(yù)壓實(shí)成型15min，得到預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料。
[0050](3)在預(yù)壓實(shí)成型體的上表面鋪覆一層尺寸為150mm*100mm厚度為0.3mm的單向碳纖維織物，合模。
[0051]此實(shí)施例中表面功能層厚度占總厚度的1/8。
[0052](4)在步驟(I)中制備好的功能樹脂中添加固化劑二亞乙基三胺5g，并攪拌均勻。
[0053](5)將制備好的樹脂通過注膠系統(tǒng)注入密封的模腔中，充分浸潰干態(tài)碳纖維?；蛟诓襟E(3)合模前將干態(tài)的碳纖維織物表面涂覆液態(tài)的功能樹脂再合模。每層膠含量控制在30%。
[0054](6)對模具中已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與導(dǎo)電功能層一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型。采用的熱壓工藝為首先65°C熱壓20min，然后120°C熱壓Ih ;壓力為 0.1Mpa0
[0055](7)開模得到帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
[0056]實(shí)施例2:
[0057](I)在已經(jīng)裝有攪拌器的250ml單頸圓底燒瓶中，加入0.1g干燥的PVP粉末和10ml液態(tài)環(huán)氧樹脂，在70°C的水浴中加熱攪拌lh，再加入0.1g銀納米線，在70°C的水浴中加熱再攪拌2h。經(jīng)120kHz超聲波處理6h。得到混合均勻的添加有多壁碳納米管的環(huán)氧樹脂。
[0058](2)將預(yù)浸料裁切成150mm*100mm大小并在模具內(nèi)逐層鋪覆29層。
[0059]設(shè)定熱壓機(jī)溫度為75V,壓力為0.15Mpa，預(yù)壓實(shí)成型20min，得到預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料。
[0060](3)在預(yù)壓實(shí)成型體的上表面鋪覆一層尺寸為150mm*100mm厚度為0.3mm的單向碳纖維織物，合模。
[0061]此實(shí)施例中表面功能層厚度占總厚度的1/8。
[0062](4)在步驟(I)中制備好的功能樹脂中添加固化劑二亞乙基三胺5g，并攪拌均勻。
[0063](5)將制備好的樹脂通過注膠系統(tǒng)注入密封的模腔中，充分浸潰干態(tài)碳纖維?；蛟诓襟E(3)合模前將干態(tài)的碳纖維織物表面涂覆液態(tài)的功能樹脂再合模。每層膠含量控制在30%。
[0064](6)對模具中已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與導(dǎo)電功能層一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型。采用的熱壓工藝為首先70°C熱壓30min，然后125°C熱壓Ih ;壓力為 0.2Mpa。
[0065](7)開模得到帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
[0066]實(shí)施例3:
[0067](I)在已經(jīng)裝有攪拌器的250ml單頸圓底燒瓶中，加入0.1g干燥的PVP粉末和10ml液態(tài)環(huán)氧樹脂，在80°C的水浴中加熱攪拌2h，再加入0.1g多壁碳納米管，在80°C的水浴中加熱再攪拌4h。經(jīng)120kHz超聲波處理6h。得到混合均勻的添加有多壁碳納米管的環(huán)氧樹脂。
[0068](2)將預(yù)浸料裁切成150mm*100mm大小并在模具內(nèi)逐層鋪覆29層。
[0069]設(shè)定熱壓機(jī)溫度為85°C，壓力為0.25Mpa，預(yù)壓實(shí)成型30min，得到預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料。
[0070](3)在預(yù)壓實(shí)成型體的上表面鋪覆一層尺寸為150mm*100mm厚度為0.3mm的單向碳纖維織物，合模。
[0071]此實(shí)施例中表面功能層厚度占總厚度的1/8。
[0072](4)在步驟(I)中制備好的功能樹脂中添加固化劑二亞乙基三胺5g，并攪拌均勻。
[0073](5)將制備好的樹脂通過注膠系統(tǒng)注入密封的模腔中，充分浸潰干態(tài)碳纖維?；蛟诓襟E(3)合模前將干態(tài)的碳纖維織物表面涂覆液態(tài)的功能樹脂再合模。每層膠含量控制在30%。
[0074](6)對模具中已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與導(dǎo)電功能層一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型。采用的熱壓工藝為首先85°C熱壓40min，然后135°C熱壓Ih ;壓力為 0.3Mpa。
[0075](7)開模得到帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
[0076]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料，其特征在于，按如下步驟制備: (1)制備功能樹脂:將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入液態(tài)樹脂中，恒溫攪拌I?2h，再加入導(dǎo)電改性粒子，恒溫攪拌2?4h后，超聲波處理4?6h，即得混合均勻的功能樹脂;所述聚乙烯吡咯烷酮與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000，所述導(dǎo)電改性粒子與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000 ； (2)將預(yù)浸料逐層裁切并順序鋪設(shè)在模具內(nèi)，在熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型，即得預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料； (3)在步驟(2)得到的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上鋪覆一層或者數(shù)層干態(tài)碳纖維織物，合模； (4)向步驟(I)中制備的功能樹脂中添加固化劑，固化劑與所述功能樹脂的重量比為3 ?8:1000 ； (5)將步驟(4)中添加固化劑的功能樹脂通過注膠系統(tǒng)注入密封的模腔中，充分浸潰干態(tài)碳纖維，即得功能樹脂浸潰后的纖維織物，每層膠含量占該層總質(zhì)量的30?40% ； (6)在模具中將步驟(2)中已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與步驟(5)中得到的功能樹脂浸潰后的纖維織物一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型； (7)開模，即得帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。
2.一種帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)制備功能樹脂:將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入液態(tài)樹脂中，恒溫攪拌I?2h，再加入導(dǎo)電改性粒子，恒溫攪拌2?4h后，超聲波處理4?6h，即得混合均勻的功能樹脂;所述聚乙烯吡咯烷酮與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000，所述導(dǎo)電改性粒子與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000 ； (2)將預(yù)浸料逐層裁切并順序鋪設(shè)在模具內(nèi)，在熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型，即得預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料； (3)在步驟(2)得到的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上鋪覆一層或者數(shù)層干態(tài)碳纖維織物，合模； (4)向步驟⑴中制備的功能樹脂中添加重量百分比為0.3?0.8%固化劑； (5)將步驟(4)中添加固化劑的功能樹脂通過注膠系統(tǒng)注入密封的模腔中，充分浸潰干態(tài)碳纖維，即得功能樹脂浸潰后的纖維織物，每層膠含量占該層總質(zhì)量的30?40% ； (6)在模具中將步驟(2)中已經(jīng)預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料與步驟(5)中得到的功能樹脂浸潰后的纖維織物一起熱壓成型，使兩部分材料共固化，實(shí)現(xiàn)整體成型； (7)開模，即得帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。
3.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述的恒溫攪拌和超聲處理工藝條件為:在60°C?80°C下恒溫水浴中機(jī)械攪拌，超聲頻率為120kHz。
4.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述的導(dǎo)電改性粒子為單壁或多壁碳納米管、鍍鎳碳納米管或任一表面改性的碳納米管、石墨烯、銀納米線、碳納米管與石墨烯的共價結(jié)合產(chǎn)物。
5.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型的工藝條件為在溫度65°C?85°C、壓力0.1?0.25Mpa下進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型15?30min,得到預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料。
6.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料的單層厚度為0.1?0.2mm。
7.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的干態(tài)碳纖維織物的厚度為0.2?0.4mm,由多層所述的干態(tài)碳纖維織物鋪覆構(gòu)成表面功能層，表面功能層厚度占所述預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料總厚度的.1/8 ?1/4。
8.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述的固化劑為二亞乙基三胺。
9.如權(quán)利要求2所述的帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟出)中，所述的熱壓工藝為首先在65°C?85°C熱壓20?40min，然后.120°C?135°C熱壓 Ih ;壓力為 0.1 ?0.3Mpa。
10.一種帶有抗雷擊表面功能層的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，采用合模前涂膠技術(shù)，包括如下步驟: (1)制備功能樹脂:將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入液態(tài)樹脂中，恒溫攪拌I?2h，再加入導(dǎo)電改性粒子，恒溫攪拌2?4h后，超聲波處理4?6h，即得混合均勻的功能樹脂;所述聚乙烯吡咯烷酮與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000，所述導(dǎo)電改性粒子與液態(tài)樹脂的質(zhì)量比為I?10:1000 ； (2)將預(yù)浸料逐層裁切并順序鋪設(shè)在模具內(nèi)，在熱壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)成型，即得預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料； (3)向步驟(I)中制備的功能樹脂中添加固化劑，固化劑與所述功能樹脂的重量比為.3 ?8:1000 ； (4)在步驟(2)得到的預(yù)壓實(shí)成型的預(yù)浸料上鋪覆一層或者數(shù)層碳纖維織物，合模，熱壓固化成型；所述的一層或者數(shù)層碳纖維織物在鋪覆之前表面涂覆了步驟(3)制備的功能樹脂； (5)開模，即得帶有抗雷擊表面功能層的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。
【文檔編號】C08K9/00GK104385627SQ201410542585
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】董琪, 賈玉璽, 萬國順 申請人:山東大學(xué)