[发明专利]用杂混聚酰胺颗粒增韧的基质树脂

说明书

可以固化/模制形成航空航天复合零件的预浸渍复合材料(预浸料)。所述预浸料包含碳增强纤维和未固化树脂基质。所述树脂基质包含环氧组分、作为增韧剂的聚醚砜、和固化剂。所述树脂基质还由热塑性颗粒组分构成，所述热塑性颗粒组分包含杂混聚酰胺颗粒，其中每个杂混颗粒含有无定形聚酰胺和半结晶聚酰胺的混合物。

背景技术

1.技术领域

本发明总体上涉及预浸渍复合材料(预浸料)，所述预浸渍复合材料用于制造尤其好地适合用作航空航天部件的高性能复合零件。本发明涉及环氧树脂，所述环氧树脂用热塑性材料增韧并且用作此类预浸料中的树脂基质。更特别地，本发明涉及预浸料，所述预浸料包含聚酰胺颗粒，作为用于增韧树脂基质的热塑性材料之一。

2.相关技术的描述

复合材料典型地由作为两种主要成分的树脂基质和增强纤维构成。复合材料通常需要在苛刻的环境中诸如在复合零件的物理极限和特征至关重要的航空航天领域中发挥作用。

预浸渍复合材料(预浸料)广泛用于制造复合零件。预浸料是典型地包含未固化树脂和纤维增强物的组合，其呈准备好用于模制和固化成最终复合零件的形式。通过将纤维增强物用树脂预浸渍，制造商可以仔细控制浸渍到纤维网络中的树脂的量和位置并且确保树脂如所希望的那样分布在网络中。众所周知，复合零件中纤维和树脂的相对量以及树脂在纤维网络中的分布会影响零件的结构特性。

预浸料是用于制造负荷承载或主要结构零件并且特别是航空航天主要结构零件(诸如机翼、机身、舱壁和控制表面)的优选材料。重要的是，这些零件具有足够的强度、损伤容限和针对此类零件和结构常规制定的其他要求。

航空航天预浸料中常用的纤维增强物是多向织造织物或含有相互平行延伸的纤维的单向带。纤维典型地呈许多单独纤维的束或被称为“丝束”的长丝的形式。也可以将纤维或丝束短切并且在树脂中随机定向以形成非织造垫。将这些不同的纤维增强物配置与精心控制量的未固化树脂组合。所得预浸料典型地放置在保护层之间并且卷起以便储存或运输到制造设施。碳纤维和环氧树脂基质的组合已成为用于航空航天预浸料的流行组合。

预浸料还可以呈短切单向带的短片段的形式，所述短片段随机取向以形成短切单向带的非织造垫。这种类型的预浸料被称为“准各向同性短切”预浸料。准各向同性短切预浸料类似于更传统的非织造纤维垫预浸料，不同之处在于短长度的短切单向带(条)而非短切纤维在垫中随机取向。这种材料通常用作片材模制配混物以形成零件和用于制造零件的模具。

固化复合零件的压缩强度和拉伸强度很大程度上取决于增强纤维和基质树脂的单独特性以及这两种组分之间的相互作用。另外，纤维与树脂的体积比也是重要因素。在许多航空航天应用中，希望复合零件展现出高的压缩强度和拉伸强度。开孔压缩(OHC)测试是复合材料压缩强度的标准测量。开孔拉伸(OHT)测试也是复合材料拉伸强度的标准测量。

在许多航空航天应用中，希望复合零件在室温/干燥条件和热/湿条件下均展现出高的压缩强度和/或拉伸强度。然而，保持高的压缩强度和拉伸强度的尝试通常对其他希望特性诸如损伤容限和层间断裂韧性产生负面影响。

选择更高模量树脂可能是增加复合材料压缩强度的有效方法。然而，这可能导致损伤容限降低的趋势，这典型地通过压缩特性(诸如冲击后压缩(CAI)强度)的降低来测量。因此，可能难以实现同时增加压缩强度和/或拉伸强度两者而不有害地影响损伤容限。

通常使用多个预浸料层来形成具有层压结构的复合零件。此类复合零件的分层是重要的失效模式。当两个层相互脱粘时，发生分层。重要的设计限制因素包括开始分层所需的能量和传播分层所需的能量两者。分层的开始和增长通常通过检查模式I和模式II断裂韧性来确定。断裂韧性通常使用具有单向纤维取向的复合材料来测量。复合材料的层间断裂韧性使用G1c(双悬臂梁)和G2c(端槽弯曲(End Notch Flex))测试进行量化。在模式I中，预开裂的层压材料失效由剥离力控制，并且在模式II中，裂纹由剪切力传播。