[发明专利]一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法。该方法通过在软模板、复合材料之间引入内含多孔结构薄层的树脂胶膜，然后采用复合材料成型工艺成形后，得到了由固化的树脂胶膜和复合材料本体组成的复合材料，树脂胶膜上表面具有高精度表面微结构，避免了复合材料加压成型过程中纤维对软模板表面的压入效应以及带来的微结构精度影响，从而得到复制精度良好的具有表面微结构的复合材料，实现了复合材料表面微结构的高精度。

技术领域

本发明涉及一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法，属于结构复合材料的制备技术领域。

背景技术

连续纤维增强的树脂基复合材料以其高的比强度和比刚度，逐渐代替传统的金属材料，在航空航天等高端应用领域发挥越来越重要的应用，如波音B787、空客的A380等大型飞机都采用了大量的复合材料结构。随着碳纤维等连续纤维生产成本的进一步降低，在民用领域也逐渐得到的推广。

连续纤维增强的复合材料通常由层叠的连续纤维织物和树脂复合而成，或者通过连续纤维缠绕形成预制体，再和浸渍其中的树脂共固化得到复合材料结构体。由于树脂基体本身的一些特征，如不导电、抗冲击性能差、表面易结冰等问题使其必须采取相应的防护措施，这带来了结构增重。

结构功能一体化是材料未来发展的趋势，也是复合材料的未来发展趋势。如飞机的防雷击需要复合材料具有较高的导电性能够分散雷击电流、防冰需要复合材料具有电热除冰能力、低黏附表面、动态表面等能够降低水汽凝结、溶解冰层和脱附冰层的功能等。实现结构功能一体化的方法有引入功能结构、表面结构、复合材料自身功能化改性等方法。

实现结构功能一体化复合材料的一个途径是表面微结构化，这些结构很多模仿自天然结构的特殊功能性。目前在复合材料表面构造微观结构的方法有：（1）表面涂层，现有一些方法如表面涂层技术也可以实现部分微结构的制备，如超疏水涂料可被应用于复合材料的防冰结构，这种技术模仿了天然荷叶的结构；（2）纳米印刷方法，即将模具表面刻蚀出微结构，再将复合材料在表面成型，但也具备一些问题，如刚性模具脱模困难、结构制备费用昂贵、只能刻蚀简单沟槽结构等，目前仅用于制备粗糙表面提高材料粘结性，而且不能用于其它结构。（3）CN106696309A发展了一种软刻蚀技术，可以在复合材料表面复制各种各样的微观结构，一步制备具有表面微观结构的复合材料,模板的易铺覆使其可用于具有复杂结构的制备，但由于复合材料中纤维的存在会一定程度上影响软模板的结构复制，造成局部结构变形。

综上，本发明根据软刻蚀技术，进一步发展这种新型的具有表面微结构复合材料的制备技术，提供一种新的在复合材料表面得到高精度表面微结构，从而制备得到具有高精度表面微结构的复合材料。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题并达到上述目的，本发明提出一种具有高精度表面微结构的复合材料及制备方法，该方法是基于软印刷技术的具有高精度表面微结构的复合材料的制备技术，即先在选定的微结构表面聚合得到软模板，再预制一个内含多孔结构薄层的树脂胶膜，再将树脂胶膜、软模板依次铺贴在复合材料基体预制体的表面，按复合材料相应的成型工艺成型后得到带有表面微结构的复合材料，其表面能够更精确复制所需要的选定微结构的形貌特征，减少纤维对结构的影响。该方法通过在软模板、复合材料之间引入树脂胶膜，避免了复合材料加压成型过程中纤维对软模板表面的压入效应以及带来的微结构精度影响，从而得到复制精度良好的具有表面微结构的复合材料，实现了复合材料表面微结构的高精度。

为了实现本发明，其采用了如下技术方案：

一种具有高精度表面微结构的复合材料，其特征在于：该复合材料为层状结构，自上而下由通过共固化形成的表面微结构、树脂胶膜和复合材料本体组成，所述树脂胶膜内部含有多孔结构薄层，树脂胶膜上表面的高精度表面微结构是通过表面具有反相微结构的软模板得到的。

进一步地，所述软模板的材质为低表面能的室温橡胶态的弹性材料，采用原位聚合交联的方法制备表面具有反相微结构的软模板。