[发明专利]原位三维树脂复合材料及其应用

说明书

本发明公开了一种原位三维树脂复合材料及其应用，主要以热固性树脂体系、聚苯醚、固化剂及纤维布为原料，经热压固化处理得到一种具有原位三维编织结构的复合材料。本发明制备的复合材料具有优异的弯曲强度及层间剪切性能，且明显优于未添加聚苯醚的复合材料的力学性能。本发明技术有效解决了纤维增强复合材料层强度差的问题，所制备的复合材料在航空、航天等领域具有突出的应用价值。

技术领域

本发明涉及高性能树脂基复合材料领域，具体设计一种原位三维树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强的树脂基复合材料作为高强轻质材料在航空、航天等领域具有广泛的应用。但是作为纤维增强的复合材料，其最大问题在于材料层间分层现象，这会导致材料的结构强度和刚度显著降低，严重影响其性能，极大限制其在航空航天主次承力结构中的应用。在实际应用中通过对复合材料层间进行增韧可以减弱复合材料的分层现象。目前复合材料层间增韧的方法主要包括：热塑性粒子增韧、无机粒子增韧、薄膜增韧及三维编织纤维增韧等技术，其中采用传统的热塑性粒子是将热塑性组分铺层与预浸料之间，在复合材料固化成型过程中，热塑性组分溶于树脂体系中，在树脂固化过程中，形成热塑性粒子结构分散在层间树脂层中或与热固性树脂形成互穿网络结构来实现复合材料的层间增韧，但是这种增韧效果程度有限；采用无机粒子增韧纤维复合材料则必须有效解决无机粒子分散性及其与聚合物的界面问题，否则性能提高幅度不大，反而增加材料层间缺陷，影响树脂与纤维的粘接性能；薄膜增韧一般是通过将薄膜铺层于预浸料之间，仅显著改善复合材料层间局部区域的性能；采用三维编织纤维结构可显著改善复合材料的层间性能，但是编织三维结构其工序十分复杂，且往往是整体编织形式，导致该类型结构复合材料难于大量生产且成本费用高。因此如何采用简单高效的办法提高纤维增强树脂基复合材料的层间性能对于积极拓展复合材料的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对目前纤维增强树脂基复合材料层间性能较差的问题，利用互穿网络结构特点原位构建热塑性纤维结构与纤维布形成三维结构来改善复合材料的层间性能。

为达到以上发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种原位三维树脂复合材料，原位三维树脂复合材料的制备方法包括以下步骤：将热固性树脂体系、聚苯醚及固化剂混合，再与纤维布结合，得到预浸料；或者将热固性树脂体系、聚苯醚混合，再与纤维布结合，得到预浸料；然后将预浸料层叠铺层，经热压固化得到原位三维树脂复合材料。

一种原位三维树脂复合材料用预浸料，原位三维树脂复合材料用预浸料的制备方法包括以下步骤：将热固性树脂体系、聚苯醚及固化剂混合，再与纤维布结合，得到原位三维树脂复合材料用预浸料；或者将热固性树脂体系、聚苯醚混合，再与纤维布结合，得到原位三维树脂复合材料用预浸料。

本发明中，按质量比，热固性树脂体系∶聚苯醚∶固化剂∶纤维布=(60~100)∶(6~50)∶(0~35)∶ (60~150)。本发明的技术方案可以采用固化剂也可以不采用固化剂，当固化剂质量为0时，为不采用固化剂的情况。

本发明中，所述热固性树脂体系为双马来酰亚胺树脂体系或者双马来酰亚胺树脂体系与其他树脂的混合物；所述双马来酰亚胺树脂体系为双马来酰亚胺树脂或者改性双马来酰亚胺树脂；聚苯醚为数均分子量为1100~2200的烯丙基封端的聚苯醚；固化剂为二氨基二苯砜或者二氨基二苯甲烷；纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布或者芳纶纤维布。本发明的树脂体系可以为单独的双马来酰亚胺树脂（未改性双马来酰亚胺树脂），可以为单独的改性双马来酰亚胺树脂，也可以为双马来酰亚胺树脂与其他树脂的混合物，还可以为改性双马来酰亚胺树脂与其他树脂的混合物，亦可以为双马来酰亚胺树脂、改性双马来酰亚胺树脂与其他树脂的混合物。