[发明专利]一种碳化硅-聚醚醚酮为基体的纤维增强复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅‑聚醚醚酮为基体的纤维增强复合材料，由纤维预制体，界面层，碳化硅基体和聚醚醚酮基体组成；其特征在于界面层包覆在单丝纤维的表面，呈环形包围状态，界面层厚度为0.3~10mm，碳化硅基体填充在纤维编织、缠绕、铺层形成的纤维预制体的孔隙中，与纤维之间隔着界面层，微观上离散分布，碳化硅颗粒、晶粒之间含有气孔，细观上被纤维分割，形成纤维束间不规则大块以及纤维丝间长条块，聚醚醚酮填充在碳化硅基体的孔隙中，形成连续、半非连续网络状态，部分网络贯穿、部分网络不贯穿复合材料的上下表面。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强复合材料及其制备方法，特别涉及一种碳化硅-聚醚醚酮为基体的纤维增强复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料，尤其是纤维增强碳化硅基复合材料具有结构轻质、高比强高比模、稳定性好、良好的抗冲击性、低热膨胀系数以及抗氧化耐腐蚀等特点，已经被广泛的应用于汽车、体育、电子和航空航天等领域。当纤维增强碳化硅基复合材料应用在航空航天领域非高温部件，如民航客机发动机外壳、机身外壳、飞机起落架以及机翼等非高温部件，由于材料制备缺陷，其具有较高的开气孔率（5~15%）、表面粗糙度较大以及表面脆性大、易崩碎等缺点，这大大限制了纤维增强碳化硅基复合材料在非高温部件的应用。

聚醚醚酮是聚芳醚酮家族中的最重要的品种，是综合性能最优良的热可塑性特种工程塑料之一。聚醚醚酮玻璃化转变温度为143℃，结晶性PEEK的熔融温度为343℃。由于聚醚醚酮为主链全芳香性的聚合物，分子链中含有高含量的苯环，这便赋予了聚醚醚酮优良的综合性能，包括良好的耐热性，优异的热稳定性和热氧化稳定性，阻燃性，耐水解性和耐辐照性等优异的性能。当聚醚醚酮作为基体填充在碳化硅基体的孔隙中时，可以明显的对纤维增强碳化硅基复合材料进行强韧化，明显降低材料的开气孔率（＜0.1%）以及提高材料表面的粗糙度，使纤维增强碳化硅基复合材料可以应用到飞机外壳结构材料等多种领域。

申请公布号为CN107310240A的中国专利公开了碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法，属于连续碳纤维增强复合材料的技术领域。本发明要解决现有APC-2预浸料应用时制备复杂构件过程中存在的铺层困难的技术问题。碳纤维增强聚醚醚酮复合材料是将碳纤维与聚醚醚酮纤维用二维编织进行混编，再依次经剪切、层叠铺设、热压成型处理制成的；其中，经纱为碳纤维，纬纱为聚醚醚酮纤维，层叠铺设过程中任意相邻的两层的单向碳纤维呈夹角设置。本发明方法保留了纤维的柔韧性和垂悬性，铺层更加方便。该发明制备的是碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，并没有发挥聚醚醚酮对陶瓷基复合材料表层强韧化等优点。

申请号为201710483096.5的中国专利公开了一种碳纤维增强的耐高温高强度轻质混杂陶瓷-树脂复合材料管件，以陶瓷基复合材料为外壳，树脂基复合材料为内壳，外壳、内壳互相嵌套形成复合结构，内外壁表面光滑，复合材料中陶瓷组分沿管壁厚度方向呈梯度分布，由管件外表面逐渐向里减小，耐温性能好，能在600℃实现长期应用，相比于传统铝合金壳体，导热系数更低，耐高温防热性能更好；树脂组分沿管壁厚度方向也呈梯度分布，由管件内表面逐渐向外减小，并填充一定数目填料，提高树脂基材料耐温性能和抗冲击性能，使其具有减振抗震特性，两者一体成型，制备出集耐高温、防热、隔热、承载、减振于一体的轻质混杂陶瓷-树脂复合材料管件。

申请号为201710294190.6的中国专利公开了一种新型碳纤维复合材料及其制造方法，该新型碳纤维复合材料包括60%~80%碳纤维、19%~31%热塑性树脂、12%~18%陶瓷材料和1%~9%固化剂，所述碳纤维、热塑性树脂、陶瓷材料和固化剂的混合配比为14:5:3:1，本发明同时还公开了一种新型碳纤维复合材料的制造方法，该方法包括S1：设置碳纤维束互联体结构；S2：制作海因环氧树脂、偏氟乙烯树脂或偏氟乙烯共聚物树脂基体溶液、陶瓷材料粉末的混合浆液；S3：浇筑；S4：热压成形工序，本发明将碳纤维通过互联体结构设置在一起，利用热塑性树脂、陶瓷材料以及固化剂将多组碳纤维热压成形，整体结构上增加了新型碳纤维复合材料的强度、韧性以及使用寿命，比传统的碳纤维复合材料结构更稳定。