一種復合材料增強纖維織物的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于復合材料預制【技術領域】，涉及一種復合材料增強纖維織物的制備方法。本發(fā)明中將熱塑性樹脂增韌劑經(jīng)靜電紡絲過程獲得直徑為100～5000nm的熱塑性樹脂纖維，并將該纖維直接噴淋在增強纖維織物表面，從而在纖維織物表面形成一層由無規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維構成的增韌層，并通過熱壓過程使其與纖維織物粘附在一起構成一個整體，從而獲得具有增韌功能的纖維織物產(chǎn)品。本發(fā)明工藝過程簡單易實施，并且可實現(xiàn)增韌織物的連續(xù)化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種復合材料增強纖維織物的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于液態(tài)成型復合材料預制【技術領域】，涉及一種具有增韌功能的復合材料 增強纖維織物的制備方法。
【背景技術】
[0002]纖維增強樹脂基復合材料由于其比強度、比剛度較高、可設計性強、抗疲勞性能 好、耐環(huán)境性能優(yōu)越以及可實現(xiàn)整體成型等特點，已經(jīng)廣泛地應用于航空航天等現(xiàn)代高科 技領域。其中，預成型體復合材料液態(tài)成型工藝技術作為一類低成本復合材料制件的成型 技術，是先進樹脂基復合材料研究的一個重要方向。目前，已獲得相當成功的有樹脂傳遞 模塑(RTM)工藝、真空輔助樹脂浸潰(VARI)工藝和樹脂膜滲透成型(RFI)工藝。由于受到 成型工藝的限制，液態(tài)成型工藝使用的樹脂體系多為黏度較低的低韌性樹脂體系，從而造 成了復合材料制件存在韌性不足的缺點，提高液態(tài)成型復合材料的抗沖擊損傷能力這一問 題，長期以來一直是這一領域的研究熱點。
[0003]為解決復合材料韌性較低的特點，預浸料成型工藝選擇的增韌方法較多。傳統(tǒng)的 預浸料增韌方法主要是針對于樹脂基體的增韌，即“原位”增韌方法，將改性劑(如熱塑性樹 月旨、橡膠、剛性無機粒子、有機粒子、納米粒子、晶須等)直接加入到樹脂基體中來達到增韌 的目的，但這種方法所使用的樹脂基體的粘度很高，不能滿足液態(tài)成型工藝對樹脂低粘度 的要求。
[0004]因此，為了獲得高效、合理的液態(tài)成型工藝增韌方法，國內(nèi)、外學者進行了大量的 研究。其中，中國專利ZL2006100993819將熱塑性薄膜鋪放在增強織物的層間以達到增韌 之目的，其增韌復合材料的CAI得到顯著提高。但此類層間增韌方式存在以下缺點，首先， 增韌材料與纖維增強材料分別為兩種不同的材料，需經(jīng)手工鋪放等方法將增韌材料引入增 強材料層間，工藝過程較為繁瑣，效率較低，不適合規(guī)?；a(chǎn)。其次，當采用RTM、RF1、VARI 等液態(tài)成型工藝時，增韌材料以熱塑性樹脂薄膜的形式存在于增強材料層間，大幅限制了 樹脂的層間流動性能，增加了復合材料液態(tài)成型的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提出一種在采用RTM、RF1、VARI等液態(tài)成型工藝時，減少增韌材 料對樹脂層間流動性能的影響，降低復合材料液態(tài)成型難度的復合材料高韌性增強纖維織 物的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:(I)選用熱塑性樹脂作為增韌劑，將熱塑性樹脂切片或粉 碎，然后置于干燥箱中，在80?100°C下干燥l_2h，以除去其中的水分；
[0007](2)將干燥后的熱塑性樹脂加入良溶劑，制備成熱塑性樹脂溶液；
[0008](3)將熱塑性樹脂溶液利用靜電紡絲方法噴淋在增強纖維織物表面，形成無規(guī)分 布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層，增韌層面密度控制在5-30g/ Hf之間；
[0009](4)將表面負載有增韌層的增強纖維織物，經(jīng)熱壓輥熱壓使增韌層與纖維織物構成一個整體；
[0010](5)將熱壓后的增強纖維織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層內(nèi)的溶劑揮發(fā)完全；
[0011](6)將熱壓、干燥后的增強纖維織物收卷，即獲得批量的具有增韌功能的纖維織 物。
[0012]所述的增韌劑為下列熱塑性樹脂之一:聚醚醚酮、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、熱塑性聚 酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯醚、聚酰胺、聚烯烴。
[0013]所述的熱塑性樹脂纖維增韌層的纖維直徑控制在100?5000nm之間；
[0014]所述的增強纖維織物是玻璃纖維或碳纖維或芳綸纖維中的一種，其織造形式是單 向織物或平紋織物或緞紋織物或斜紋織物或無緯布或非屈曲織物。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明中，一種具有增韌功能的復合材料增強纖維織物的制備 方法其特征在于通過熱塑性樹脂靜電紡絲技術獲得直徑為100-5000nm的熱塑性樹脂纖 維，并將該纖維收集于纖維織物表面，從而在纖維織物表面形成一層由無規(guī)分布的連續(xù)熱 塑性樹脂纖維構成的增韌層，并通過熱壓過程使其與纖維織物粘附在一起構成一個整體， 從而獲得具有增韌功能的纖維織物。
[0016]本發(fā)明采用靜電紡絲技術制備熱塑性超細纖維，纖維直徑細，分布均勻，便于實現(xiàn) 規(guī)?；a(chǎn)；此外，將制得的熱塑性樹脂纖維直接接收于纖維織物表面形成增韌層，并經(jīng)過 熱壓與纖維織物復合，將復合材料的增韌過程與增韌材料的制備過程融為一體，提高了增 韌復合材料的制備效率；并且，增韌層是由無規(guī)分布的納米級纖維組成，為多孔結構，透氣 性、透膠性能良好，對樹脂的層間流動性能影響較小，適用于RTM、RF1、VARI等復合材料液 態(tài)成型工藝，其較高的孔隙率有利于樹脂浸潤，具有良好的增韌效果。整個工藝過程簡單易 行，可實現(xiàn)增韌織物的連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，為增韌織物的廣泛應用奠定基礎。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明增韌纖維織物生產(chǎn)流程示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明增韌織物示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明熱塑性樹脂超細纖維膜微觀結構圖。
【具體實施方式】
[0020]下面對本發(fā)明做進一步詳細說明。一種熱塑性樹脂超細纖維增韌纖維織物制備 方法其特征在于將熱塑性樹脂增韌劑經(jīng)靜電紡絲、溶劑干燥等過程，獲得直徑為100? 5000nm的熱塑性樹脂超細纖維，并將該纖維收集于纖維織物表面，從而在纖維織物表面形 成一層由無規(guī)分布的連續(xù)熱塑性樹脂超細纖維構成的增韌層，并通過熱壓過程使其與纖維 織物粘附在一起構成一個整體，從而獲得具有增韌功能的纖維織物。
[0021]一種熱塑性樹脂超細纖維增韌纖維織物制備方法，具體步驟如下:
[0022](I)選用熱塑性樹脂作為增韌劑，將熱塑性樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中， 在80?100°C下干燥l_2h，以除去其中的水分；
[0023](2)將干燥后的熱塑性樹脂加入良溶劑，制備成熱塑性樹脂溶液；
[0024](3)將熱塑性樹脂溶液利用靜電紡絲方法噴淋在增強纖維織物I表面，形成無規(guī) 分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層2，增韌層2面密度控制在5-30g/ m2之間；[0025](4)將表面負載有增韌層2的增強纖維織物1，經(jīng)熱壓輥熱壓使增韌層與纖維織物 構成一個整體；
[0026](5)將熱壓后的增強纖維織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層2內(nèi)的溶劑揮發(fā)完全；
[0027](6)將熱壓、干燥后的增強纖維織物收卷，即獲得批量的具有增韌功能的纖維織 物。
[0028]具體實施例
[0029]實施例1
[0030]選用聚酰胺PA6作為增韌劑，將PA6樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中，在100°C 下干燥2h，除去其中的水分后，將PA6的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液加入到 靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PA6樹脂噴灑在碳纖維單向織物U3160表面，形成無 規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PA6纖維增韌層的U3160 碳纖維織物經(jīng)過80°C的熱壓輥熱壓使PA6超細纖維增韌層與U3160增強纖維織物形成一個 整體，并將增韌碳纖維單向織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā)完全后收卷，獲得增 韌劑含量為12g/ m2的U3160/PA6碳纖維增韌織物。
[0031]實施例2
[0032]選用聚醚砜PES作為增韌劑，將PES樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中，在100°C 下干燥2h，除去其中的水分后，將PES的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液加入到靜 電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PES樹脂噴灑在1700碳纖維單向織物U7192表面，形 成無規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PES纖維增韌層的 U7192碳纖維織物經(jīng)過150°C的熱壓輥熱壓使PES超細纖維增韌層與U7192增強纖維織物 形成一個整體，并將增韌碳纖維單向織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā)完全后收 卷，獲得增韌劑含量為15g/ m2的U7192/PES碳纖維增韌織物。
[0033]實施例3
[0034]選用聚醚酮(PEK)作為增韌劑，將PEK樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中，在 100°C下干燥2h，除去其中的水分后，將PEK的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液加 入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PEK樹脂噴灑在CCF300碳纖維平紋織物CF3031 表面，形成無規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PEK纖維增 韌層的CF3031碳纖維織物經(jīng)過150°C的熱壓輥熱壓使PEK超細纖維增韌層與CF3031增強 纖維織物形成一個整體，并將增韌碳纖維平紋織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā) 完全后收卷，獲得增韌劑含量為15g/ m2的CF3031/PEK碳纖維增韌織物。
[0035]實施例4
[0036]選用聚醚醚酮(PEEK)作為增韌劑，將PEEK樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中， 在100°C下干燥2h，除去其中的水分后，將PEEK的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液 加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PEEK樹脂噴灑在玻璃纖維織物SW250表面， 形成無規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PEEK纖維增韌層 的SW250玻璃纖維織物經(jīng)過150°C的熱壓輥熱壓使PEEK超細纖維增韌層與SW250玻璃纖維 織物形成一個整體，并將增韌玻璃纖維織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā)完全后 收卷，獲得增韌劑含量為15g/ m2的SW250/PEEK玻璃纖維增韌織物。
[0037]實施例5[0038]選用聚砜(PSF)作為增韌劑，將PSF樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中，在100°C 下干燥2h，除去其中的水分后，將PSF的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液加入到靜 電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PSF樹脂噴灑在芳綸纖維織物表面，形成無規(guī)分布、面 密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PSF纖維增韌層的芳綸纖維織物經(jīng) 過150°C的熱壓輥熱壓使PSF超細纖維增韌層與芳綸纖維織物形成一個整體，并將增韌芳 綸纖維織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā)完全后收卷，獲得增韌劑含量為15g/ Hf 的芳綸纖維/PSF增韌織物。
[0039]實施例6
[0040]選用聚醚醚酮PEEK作為增韌劑，將PEEK樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中，在 100°C下干燥2h，除去其中的水分后，將PEEK的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液加 入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PES樹脂噴灑在T800碳纖維單向織物表面，形 成無規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PEEK纖維增韌層的 碳纖維織物經(jīng)過150°C的熱壓輥熱壓使PEEK超細纖維增韌層與增強纖維織物形成一個整 體，并將增韌碳纖維單向織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā)完全后收卷，獲得增韌 劑含量為15g/ rtf的T800/PEEK碳纖維增韌織物。
[0041]實施例7
[0042]選用熱塑性聚酰亞胺PI作為增韌劑，將PI樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中， 在100°C下干燥2h，除去其中的水分后，將PI的粒料利用溶劑溶解。將溶解后的樹脂溶液 加入到靜電紡絲設備中，利用靜電紡絲方法將PI樹脂噴灑在T800碳纖維單向織物表面，形 成無規(guī)分布、面密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層；將表面負載有超細PI纖維增韌層的碳 纖維織物經(jīng)過150°C的熱壓輥熱壓使PI超細纖維增韌層與增強纖維織物形成一個整體，并 將增韌碳纖維單向織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層中的溶劑揮發(fā)完全后收卷，獲得增韌劑含 量為12g/ rtf的T800/PI碳纖維增強織物。
【權利要求】
1.一種復合材料增強纖維織物的制備方法，其特征在于，(1)選用熱塑性樹脂作為增韌劑，將熱塑性樹脂切片或粉碎，然后置于干燥箱中，在 80?100°C下干燥l_2h，以除去其中的水分；(2)將干燥后的熱塑性樹脂加入良溶劑，制備成熱塑性樹脂溶液；(3)將熱塑性樹脂溶液利用靜電紡絲方法噴淋在增強纖維織物表面，形成無規(guī)分布、面 密度均勻的熱塑性樹脂纖維增韌層，增韌層面密度控制在5-30g/ m2之間；(4)將表面負載有增韌層的增強纖維織物，經(jīng)熱壓輥熱壓使增韌層與纖維織物構成一 個整體；(5)將熱壓后的增強纖維織物經(jīng)過干燥烘箱，將增韌層內(nèi)的溶劑揮發(fā)完全；(6)將熱壓、干燥后的增強纖維織物收卷，即獲得批量的具有增韌功能的纖維織物。
2.根據(jù)權利要求1中所述的一種復合材料增強纖維織物的制備方法，其特征在于，所 述的增韌劑為下列熱塑性樹脂之一:聚醚醚酮、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、熱塑性聚酰亞胺、聚 醚酰亞胺、聚苯醚、聚酰胺、聚烯烴。
3.根據(jù)權利要求1中所述的一種復合材料增強纖維織物的制備方法，其特征在于，所 制備的熱塑性樹脂纖維增韌層的纖維直徑控制在100?5000nm之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種復合材料增強纖維織物的制備方法，其特征在于，所述 的增強纖維織物是玻璃纖維或碳纖維或芳綸纖維中的一種，其織造形式是單向織物或平紋 織物或緞紋織物或斜紋織物或無緯布或非屈曲織物。
【文檔編號】B32B37/10GK103552357SQ201310511203
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2013年10月25日
【發(fā)明者】鐘翔嶼, 張代軍, 包建文, 張朋, 陳祥寶, 王德輝 申請人:中航復合材料有限責任公司