[发明专利]一种具有表面凸起微结构的增韧膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种连续碳纤维增强树脂基叠层复合材料的增韧技术，涉及一种具有表面凸起微结构的增韧膜及其制备方法。

背景技术

对于航空用复合材料，由于通常为热固性树脂，其固化后的高交联密度导致分子链段具有很低的活动性，从而表现为树脂本征的脆性，对于复合材料则体现为层间韧性不足、抗冲击损伤能力有限的问题，如何通过增韧提高复合材料的抗冲击损伤性能成了重要的研究问题，也是先进复合材料向飞机结构推广应用面临的最大问题。

针对复合材料增韧的方法多种多样，如针对热固性基体树脂直接进行增韧，但需要将热固性树脂扩链或者添加可溶性韧性物质，因此常常会带来耐热性和刚度的下降，或者加工工艺性变差等问题。在叠层复合材料层间引入韧性结构的“插层”方法格外受到关注，因其提高复合材料抗冲击分层能力的同时保持了成型的工艺性和其它力学性能，最典型的例子是在层间插入独立的高韧性纯热塑性树脂层或者热固性胶层及其发展起来的“离位”增韧技术（参考专利CN101220561，CN101760965A，WO2011148111-A1、DE19918079-A1等）。

对于层间插层可溶或不溶的热塑性插层的技术关键是制备合适的插层薄膜。已往的技术都是在复合材料层间插层独立的不溶性的热塑性薄膜、或者插层薄膜在树脂固化温度下由不溶转变为可溶并且能进一步形成微观相分离结构以提高材料韧性，前者会带来界面差的后果，后者则对热塑性薄膜的溶解性提出了很高的要求。而且这些插层薄膜并没有更多地从薄膜的微观形态上去考虑，如提高控制薄膜的微观结构可能可以使薄膜在不需要溶解或者仅需适度溶解或溶胀时就具备物理桥联增进粘结的作用，这点在利用无纺布增韧上已经得到体现，但无纺布中的纤维更可能呈现出平行于无纺布平面或者复合材料层间的分布，减少了I型和II型层间断裂时在断裂界面之间的物理桥联作用，因断裂界面通常平行于铺层间的平面扩展。

软印刷技术是一种简单易行的制备微结构的方法，可以简单地利用压印-揭起复制各种微观结构，其精细度甚至可以到纳米级别。但这种方法通常仅在基板表面制备功能性的微结构，如CN201110205508.1制备导电石墨烯微结构用于半导体制件，如CN1702527制备液晶显示器用定向层，CN1544308胶体晶体图案化应用于基于胶体晶体的光学器件的设计和制备，但未见有用于制备层合复合材料插层用增韧膜的相关文献和专利报道。

发明内容

本发明的目的：本发明的目的是提出一种具有表面凸起微结构的复合材料插层用增韧膜及其制备方法，这种增韧膜具备表面凸起微结构，使得在复合材料中不需要经过溶解分相即具有较好的和树脂基体的结合界面和增韧结构，并且凸起微结构较大程度上垂直于层间分布，最终具有对层合复合材料具有较好的增韧效果，提高层合复合材料的抗冲击分层能力。

本发明的技术方案是：

增韧膜所用的聚合物包括尼龙、聚芳醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜或聚醚醚酮，增韧膜的两个面有一个面或者两个面具有表面凸起微结构，增韧膜面密度在5g/m²至40g/m²之间，表面凸起微结构的凸起高度在1μm至150μm之间，凸起高度和凸起宽度尺寸比为1:1至10:1，增韧膜基底厚度在1~30μm之间，增韧膜上分布有通透孔，孔径为50μm至2mm，孔隙率为2%至50%。

制备增韧膜的方法，包括以下几个步骤：

（1）配制终态聚合物溶液，将终态聚合物加入到可溶解该终态聚合物的溶剂中溶解，终态聚合物溶液的质量百分比浓度为0.2%~25%；或将终态聚合物的可溶性的聚合物前体加入到可溶解该前体的溶剂中溶解，前体溶液的质量百分比浓度为0.2%~25%；

（2）软印得到具有表面凸起微结构的薄膜，软印的方法为以下三种方法之一：

（2-1）将具有微结构的软模板的有结构的一面附着一层终态聚合物溶液或聚合物前体的溶液，再将两片软模板附有溶液的一面相对压在一起，室温至120℃下保持1s~10min，揭下后得到具有双面都有表面凸起微结构的薄膜；将软模板的有结构的一面附着一层终态聚合物溶液或聚合物前体的溶液，再将这片软模板和一片平整的软模板对压在一起，室温至120℃下保持1s~10min，揭下后得到单面具有表面凸起微结构的薄膜；