[发明专利]一种双马树脂LCM复合材料预成型体定型剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于LCM复合材料制造技术领域，涉及一种双马树脂LCM复合材料预成型体定型剂及其制备方法。

背景技术

复合材料液体模塑成型技术(LCM)技术是20世纪80年代以后迅速发展起来的一类高性能低成本制造技术，已经逐渐成为现代复合材料科学与工程学发展的主流，并形成了以RTM、VARI和RFI等工艺在内的一系列高性能低成本先进复合材料制造技术。

双马树脂(BMI)作为一类先进复合材料基体，凭借耐高温、抗辐射、耐湿热和低吸湿率等优点，在与同类树脂的竞争中脱颖而出，广泛应用于航空、航天等高科技领域。特别是液体成型技术与复合材料复杂结构整体制造技术的结合，使双马树脂在复杂结构制件的应用方面进一步拓展，在为F-22猛禽战斗机制备复合材料部件时，由于氰特公司采用RTM大批量生产工艺，因此可以一次性制备出高达400件高强度、低公差的CYCOM 5250-4双马来酰亚胺树脂基复合材料部件，大大提高了结构完整性和服役性能。

国内在20世纪80年代后期为了适应新型歼击机研制的需要，开始对先进BMI复合材料树脂基体进行了研究，取得一系列重要科研成果。目前已商品化的BMI树脂主要有QY8911、QY9611、5405、5428、5429和6421等。由北京航空材料研究院研发的QY8911-Ⅳ和6421为RTM成型工艺树脂，其中6421应用较广，具有较好的韧性，综合力学性能优良，可用于飞机主承力结构、发动机构件以及导弹弹体等。

对于液体成型复合材料复杂结构整体制造技术，复合材料构件形状精度和尺寸精度的近净型性是现代制造技术水平的重要标志。由于织物及其预制体在铺放过程中通常呈现蓬松状态，具有压力下非线性大变形的能力，并存在变形的极限，所以必须研究这种变形能力与近净型性的关系，并借助特殊的定型材料，将某种预制状态固定，因此这种技术又被称为预定型技术，而用于预定型的辅助材料被称为定型剂。

预成型技术一般是预先制成薄层单层件，再用此单层件在模具中铺放设计所需的层数并制成整体结构纤维预成型体。此技术的关键是选择既具有足够的粘附力又与树脂相容的定型剂。它对定型、浸润、渗透和相容等起着决定性的作用。其主要作用是将纤维粘合在一起，保持预成型体形状、防止纤维在注射树脂时冲刷变形。只有采用合适的定型剂对织物及其结构进行预制，才能得到近净形的预成型体。

定型剂预成型在一定程度上克服或弥补了编织预成型技术的不足，对质量要求高，性能稳定，结构复杂的制品尤为重要，尤其适用于制备结构形状复杂的大型制品，在保证产品质量、缩短生产周期及自动化方面具有重要意义，是低成本化的有效途径。

然而目前国内外已商品化的适用于双马树脂的定型剂产品较少。国外报道较多的为Cytec公司针对双马树脂研制的预成型体定型剂CYCOM 782RTM，可以与5250-4RTM、5280-1RTM和824RTM等双马树脂基体并用。国内仅有北京航空材料研究院为了配合6421树脂开发的定型剂ES-T541，该定型剂常温下为固态，能溶解于丙酮溶剂而制备成溶液状定型剂，并能制备成粉末状定型剂。但是现有双马定型剂定型温度均较高，一般在100～120℃/15～30min下预成型，如果可以降低定型剂定型温度和缩短定型时间，将进一步降低设备能耗并缩短预成型体加工周期，更加有益于降低复杂结构大型制件预制体的制造成本。并且，传统的双马定型剂制备方法为选择一种环氧树脂在180℃～200℃的高温条件下先与二烯丙基双酚A反应提高分子量，再降温到150℃，加入BDM型双马单体反应，得到一定分子量的预聚物作为定型剂，由于要在高温下两次预聚合，其制备工艺复杂且温度较高，并且一般为多组分，需经过粉碎机分别粉碎后，再混合成粉末状成品，不利于工艺过程的控制且成本高。另外，为了达到良好的定型效果，现有复合材料增强织物定型剂的用量约占基体树脂用量的8％-15％，由于定型剂占据纤维预制体内部的孔隙，降低了预制体的渗透率，增加了树脂浸润时流动阻力，并且过多的定型剂往往导致体系玻璃化转变温度的降低。

发明内容

本发明的目的是：提出一种双马树脂LCM复合材料预成型体定型剂及其制备方法，以改善定型剂生产工艺，降低生产成本；降低定型剂定型温度和缩短定型时间，降低设备能耗并缩短预成型体加工周期，降低复杂结构大型制件预制体的制造成本；并解决现有定型剂存在的用量大，定型剂占据纤维预制体内部的孔隙，降低了预制体的渗透率，增加了树脂浸润时流动阻力，并且过多的定型剂导致体系玻璃化转变温度的降低等问题。

具体来说，本发明采用的技术方案如下：