一種輕質(zhì)無人機殼體用預浸料及其制備方法
【專利摘要】一種輕質(zhì)無人機殼體用預浸料及其制備方法，涉及一種預浸料及其制備方法。本發(fā)明的預浸料由環(huán)氧樹脂體系浸透增強材料而成，所述環(huán)氧樹脂體系按照質(zhì)量百分比由30~80%的環(huán)氧樹脂混合物、1~20%的納米粒子、1~10%的空心微球和5~40%的固化劑體系混合物組成，其中：環(huán)氧樹脂混合物按質(zhì)量百分比由20~60%的固態(tài)或半固態(tài)環(huán)氧樹脂和40~80%液態(tài)環(huán)氧樹脂混合而成，固化劑體系混合物是按質(zhì)量百分比由40~90%的固化劑和10~60%的促進劑混合而成。此預浸料可以在60℃固化、適用于低壓成型工藝，如真空袋成型工藝等，固化后的預浸料具有密度小、強度高、介電性能優(yōu)異，適用于制備輕質(zhì)、高強，尤其是具有透波要求的無人機殼體。
【專利說明】-種捏質(zhì)無人機殼體用預浸料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種預浸料及其制備方法，具體涉及一種無人機殼體用預浸料及其制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無人機殼體作為機體平臺要具有W下特點；結(jié)構(gòu)重量輕、成本低、長儲存壽命等特 點。無人機對減重要求較高，只有將結(jié)構(gòu)重量系數(shù)控制在30% W下才能騰出重量空間讓給 燃油、有效載荷、補償隱身帶來的增重，滿足輕結(jié)構(gòu)、長航時、高隱身、高機動等技術(shù)要求。據(jù) 統(tǒng)計目前世界上各種先進的無人機復合材料的用量一般占機體結(jié)構(gòu)總重的60-80%，有些并 是全復合材料飛機。復合材料的應用對于無人機殼體具有W下意義：（1)利用先進復合材 料高比強度、高比剛度的特性實現(xiàn)減重，（2)復合材料在設(shè)計和制造技術(shù)便于大面積整體成 形，可W實現(xiàn)高度翼身融合的飛翼式總體布局。
[0003] 目前用于制備復合材料無人機殼體的方法主要是濕法手糊工藝和預浸料鋪放工 藝，其中預浸料鋪放成型工藝具有質(zhì)量均勻、樹脂含量可控、質(zhì)量輕等特點，因此是制備高 性能復合材料無人機殼體的主要方法。目前沒有?？谟糜谳p質(zhì)無人機殼體的預浸料，而普 通的預浸料固化溫度高(一般在12(TC左右)，而且需要熱壓罐等高壓成型工藝，制造成本 高，并且固化后復合材料密度較大，如碳纖維/環(huán)氧樹脂基復合材料的密度在1. 6g/cm3,未 能充分達到降低無人機殼體制造成本和充分減重的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有用于無人機殼體的預浸料固化溫度高、需要高壓成型、密度大的的 問題，本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)無人機殼體用預浸料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，W環(huán)氧樹脂為基體材料，由環(huán)氧樹脂體系浸透增強材 料而成，所述環(huán)氧樹脂體系按照質(zhì)量百分比由3(T80%的環(huán)氧樹脂混合物、廣20%的納米粒 子、廣10%的空也微球和5^40%的固化劑體系混合物組成，其中：環(huán)氧樹脂混合物按質(zhì)量百 分比由2(T60%的固態(tài)或半固態(tài)環(huán)氧樹脂和4(T80%液態(tài)環(huán)氧樹脂混合而成，固化劑體系混 合物是按質(zhì)量百分比由40、0%的固化劑和1(T60%的促進劑混合而成。
[0006] -種上述輕質(zhì)無人機殼體用預浸料的制備方法，其具體步驟如下： 一、 將環(huán)氧樹脂混合物在干燥的容器內(nèi)加熱到5(Tl3(rC，恒溫0. 5^2小時，得烙融的環(huán) 氧樹脂，向其中加入納米粒子和空也微球，在容器內(nèi)W 200(T5000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攬拌，并在 5(Tl4(rC下恒溫0.廣3小時得到環(huán)氧樹脂預聚物； 二、 將固化劑在干燥的容器內(nèi)加熱到5(TlO(rC，恒溫5^20小時，向其中加入促進劑，在 容器內(nèi)W 170(T3000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速進行攬拌0. 5^化，得到固化劑體系混合物； H、將步驟一中的環(huán)氧樹脂預聚物和步驟二中的固化劑體系混合物加入到干燥的容器 內(nèi)，混合均勻得到預浸料樹脂基體； 四、 將步驟H中得到的預浸料樹脂基體在4(Ti〇(rc的條件下恒溫聚合1(T200分鐘； 五、 W聚合的環(huán)氧樹脂體系為基體材料與增強材料用熱烙法制備預浸料。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點如下： 1、此預浸料可W在6(TC固化、適用于低壓成型工藝，如真空袋成型工藝等，固化后的預 浸料具有密度小、強度高、介電性能優(yōu)異，適用于制備輕質(zhì)、高強，尤其是具有透波要求的無 人機殼體。
[0008] 2、此方法具有工藝簡單、生產(chǎn)能力高等特點，具有重要的實際應用價值。

【具體實施方式】
[0009] 下面對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù) 方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明 的保護范圍中。

【具體實施方式】 [0010] 一：一種輕質(zhì)、可6(TC固化環(huán)氧樹脂預浸料由輕質(zhì)、可6(TC固化 環(huán)氧樹脂體系浸透增強材料而成，其中：輕質(zhì)、可6(TC固化環(huán)氧樹脂按照質(zhì)量百分比由 3(T80%的環(huán)氧樹脂混合物、廣20%的納米粒子、廣10%的空也微球和5^40%的固化劑體系 混合物組成，其中：環(huán)氧樹脂混合物按質(zhì)量百分比由2(T60%的固態(tài)或半固態(tài)環(huán)氧樹脂和 4(T80%液態(tài)環(huán)氧樹脂混合而成，固化劑體系混合物按質(zhì)量百分比由40、0%的固化劑和 1(T60%的促進劑混合而成。
[0011] 本實施方式設(shè)計的預浸料的最低固化溫度為6(TC，較低的固化溫度可W降低復 合材料產(chǎn)品的制造成本，提高產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性；此預浸料適用于真空成型等低壓成型工藝； 此類預浸料制備的復合材料密度低于1. 3g/cm3。
[0012]

【具體實施方式】二；本實施方式與【具體實施方式】一不同的是；所述的固態(tài)或半固態(tài) 環(huán)氧樹脂為雙酷A型環(huán)氧樹脂、雙酷S型環(huán)氧樹脂和酷酵環(huán)氧樹脂中的一種或幾種的組合； 液態(tài)環(huán)氧樹脂為雙酷A型環(huán)氧樹脂、雙酷F型環(huán)氧樹脂、雙酷S型環(huán)氧樹脂、H官能團環(huán)氧 樹脂、四官能團環(huán)氧樹脂、酷酵清漆型環(huán)氧樹脂和甲酵清漆型環(huán)氧樹脂中的一種或幾種的 組合。

【具體實施方式】 [0013] H ;本實施方式與一或二不同的是：所述的納米粒子 為橡膠類納米核殼粒子、氨基或輕基修飾的鐵納米粒子、氨基或輕基修飾的二氧化娃納米 粒子中的一種。

【具體實施方式】 [0014] 四：本實施方式與一、二或H不同的是；所述的空也 微球為酷酵空也微球或表面改性的玻璃空也微球，其中空也微球的直徑小于0. 01mm。

【具體實施方式】 [0015] 五；本實施方式與一至四不同的是：所述的增強材料 為高分子量聚己帰纖維、劍麻纖維、碳纖維、芳絕纖維、芳香族聚醜胺纖維中的一種或幾種 的組合。纖維形式為單向纖維或者纖維織物，增強纖維編織物的單位面積質(zhì)量與厚度的 比率為30(T1700 ;單位面積質(zhì)量的單位為g/m2,厚度的單位為mm ;增強纖維束的Tex數(shù)為 100?10000。
[0016]

【具體實施方式】六；本實施方式提供了一種輕質(zhì)、可6(TC固化環(huán)氧樹脂預浸料的制 備方法，具體是按W下步驟完成的： 一、將環(huán)氧樹脂混合物在干燥的容器內(nèi)加熱到5(Tl3(rC，恒溫0. 5^2小時，得烙融的環(huán) 氧樹脂，向其中加入納米粒子和空也微球，在容器內(nèi)W 200(T5000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攬拌，并在 5(Tl4(rC下恒溫0.廣3小時得到環(huán)氧樹脂預聚物； 二、將固化劑在干燥的容器內(nèi)加熱到5(TlO(rC，恒溫5^20小時，向其中加入促進劑，在 容器內(nèi)W 170(T3000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速進行攬拌0. 5^化，得到固化劑體系混合物； H、將步驟一中的環(huán)氧樹脂預聚物和步驟二中的固化劑體系混合物加入到干燥的容器 內(nèi)，混合均勻得到預浸料樹脂基體； 四、 將步驟H中得到的預浸料樹脂基體在4(TlO(rC的條件下恒溫聚合1(T200分鐘； 五、 W聚合的環(huán)氧樹脂體系為基體材料與增強材料用熱烙法制備預浸料，所述環(huán)氧樹 脂體系按照質(zhì)量百分比由30?80wt. %的環(huán)氧樹脂混合物、1?20wt. %的納米粒子、1?IOwt. % 的空也微球和5^40wt. %的固化劑體系混合物組成，其中：環(huán)氧樹脂混合物按質(zhì)量百分比由 2(T60wt. %的固態(tài)或半固態(tài)環(huán)氧樹脂和4(T80%液態(tài)環(huán)氧樹脂混合而成，固化劑體系混合物 中固化劑的用量為4(T90wt. %，促進劑的用量為l(T60wt. %。
[0017]

【具體實施方式】走；本實施方式與【具體實施方式】六不同的是；所述步驟四中的熱烙 法制備預浸料方法為：先在涂膜溫度為5(Ti4(rc的條件下將聚合的中溫固化環(huán)氧樹脂制 備成膠膜，再將制備好的膠膜與增強材料在預浸溫度為5(Ti4(rc的條件下進行熱烙預浸。

【具體實施方式】八：本實施方式與【具體實施方式】六至走不同的是：所述的步驟四中的增 強材料為碳纖維、玻璃纖維、芳絕纖維、芳香族聚醜胺纖維、高分子量聚己帰纖維和玄武巖 纖維中的一種或幾種的組合。

【具體實施方式】 [0018] 九；本實施方式與六至八不同點是：所述的纖維經(jīng)過 化咯單體和FeCls的飽和溶液浸泡1(T30 min,浸泡溫度為l(T9(rC。
[0019]

【具體實施方式】十；一種輕質(zhì)無人機殼體用預浸料的制備方法，具體是按W下步驟 完成的： 一、 將雙酷A型固體環(huán)氧樹脂CYDO12、H官能團液態(tài)環(huán)氧樹脂TDE85在干燥的容器內(nèi)加 熱到120。恒溫1小時，得烙融的環(huán)氧樹脂，向其中加入氨基修飾的鐵納米粒子和空也玻 璃微球，在容器內(nèi)W 2000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速進行攬拌，并在12CTC下恒溫1小時，得到環(huán)氧樹脂 預聚物； 二、 將固化劑雙氯胺在干燥的容器內(nèi)加熱到7(TC，恒溫8小時，在其中加入促進劑純 化咪哇，在容器內(nèi)進行W 2000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速進行攬拌比，得到固化劑體系混合物；該固 化劑體系混合物中按質(zhì)量百分比加入的固化劑雙氯胺為72. 7% ;加入的促進劑純化咪哇為 27. 3% ； H、將步驟一中的環(huán)氧樹脂預聚物和步驟二中的固化劑體系混合物加入到干燥的容器 內(nèi)，混合均勻，即得到輕質(zhì)、可6(TC固化環(huán)氧樹脂體系，該組合物中各成分的質(zhì)量百分比為： 雙酷A型環(huán)氧樹脂YDO12為40%，H官能團環(huán)氧樹脂TDE85為35%，氨基修飾的鐵納米粒子 為5%，空也玻璃微球為10%，固化劑體系混合物為10%。
[0020] 四、將步驟H中得到的環(huán)氧樹脂體系在8(TC，恒溫聚合30分鐘；W聚合的環(huán)氧樹 脂為基體材料與增強材料(二者重量比為6:5)，用熱烙法制備預浸料；所述的增強材料為 分子量在130萬的聚己帰纖維，經(jīng)過化咯單體和FeCls的飽和溶液浸泡15min，浸泡溫度為 50 〇C。
[0021] 本實施方式所得的預浸料的工藝性能如表1所示。
[0022] 表I預浸料工藝性能

【權(quán)利要求】
1. 一種輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，由環(huán)氧樹脂體系浸透增強材料而成，其特征在于所 述環(huán)氧樹脂體系按照質(zhì)量百分比由30~80%的環(huán)氧樹脂混合物、1~20%的納米粒子、1~10% 的空心微球和5~40%的固化劑體系混合物組成，其中：環(huán)氧樹脂混合物按質(zhì)量百分比由 20?60%的固態(tài)或半固態(tài)環(huán)氧樹脂和40?80%液態(tài)環(huán)氧樹脂混合而成，固化劑體系混合物是 按質(zhì)量百分比由4(T90%的固化劑和1(T60%的促進劑混合而成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，其特征在于所述固態(tài)或半固態(tài)環(huán) 氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚S型環(huán)氧樹脂和酚醛環(huán)氧樹脂中的一種或幾種的組合；液 態(tài)環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、雙酚S型環(huán)氧樹脂、三官能團環(huán)氧樹 月旨、四官能團環(huán)氧樹脂、酚醛清漆型環(huán)氧樹脂和甲醛清漆型環(huán)氧樹脂中的一種或幾種的組 合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，其特征在于所述納米粒子為橡膠 類納米核殼粒子、氨基或羥基修飾的鈦納米粒子、氨基或羥基修飾的二氧化硅納米粒子中 的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，其特征在于所述空心微球為酚醛 空心微球或表面改性的玻璃空心微球，其空心微球的直徑小于0. 01mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，其特征在于所述增強材料為高分 子量聚乙烯纖維、劍麻纖維、碳纖維、芳綸纖維、芳香族聚酰胺纖維中的一種或幾種的組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，其特征在于所述纖維形式為單向 纖維或者纖維織物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料，其特征在于所述增強材料的單位 面積質(zhì)量與厚度的比率為300~1700 ;單位面積質(zhì)量的單位為g/m2,厚度的單位為mm ;增強 纖維束的Tex數(shù)為10(Tl0000。
8. -種權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述輕質(zhì)無人機殼體用預浸料的制備方法，其特征 在于所述方法具體步驟如下： 一、 將環(huán)氧樹脂混合物在干燥的容器內(nèi)加熱到5(T130°C，恒溫0. 5~2小時，得熔融的環(huán) 氧樹脂，向其中加入納米粒子和空心微球，在容器內(nèi)以2000~5000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌，并在 5(T140°C下恒溫0. 3小時得到環(huán)氧樹脂預聚物； 二、 將固化劑在干燥的容器內(nèi)加熱到5(Tl00°C，恒溫5~20小時，向其中加入促進劑，在 容器內(nèi)以1700~3000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速進行攪拌0. 5~2h，得到固化劑體系混合物； 三、 將步驟一中的環(huán)氧樹脂預聚物和步驟二中的固化劑體系混合物加入到干燥的容器 內(nèi)，混合均勻得到預浸料樹脂基體； 四、 將步驟三中得到的預浸料樹脂基體在4(T10(TC的條件下恒溫聚合1(T200分鐘； 五、 以聚合的環(huán)氧樹脂體系為基體材料與增強材料用熱熔法制備預浸料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料的制備方法，其特征在于所述熱熔 法制備預浸料方法為：先在涂膜溫度為5(T140°C的條件下將聚合的環(huán)氧樹脂體系制備成 膠膜，再將制備好的膠膜與增強材料在預浸溫度為5(T140°C的條件下進行熱熔預浸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的輕質(zhì)無人機殼體用預浸料的制備方法，其特征在于所述增 強材料經(jīng)過吡咯單體和FeCl3的飽和溶液浸泡1(T30 min，浸泡溫度為KT90°C。
【文檔編號】C08J5/04GK104356605SQ201410755847
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】邳志剛, 魏鑫, 李偉, 何洪波, 劉遙 申請人:哈爾濱廣龍通用航空科技有限公司