一种层间增韧纤维复合材料及其制备方法与应用

专利2026-05-14  4


本发明属于复合材料,具体涉及一种层间增韧纤维复合材料及其制备方法与应用。


背景技术:

1、纤维增强树脂基复合材料(frp)可综合发挥双组分的优点,广泛应用于汽车、航空航天、船舶、体育等许多领域,其中以热固性树脂如环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂等为基体的纤维复合材料在高端领域的应用不断扩大。但是热固性树脂脆性大、韧性较小,同时受到frp复合材料层状结构特性的限制,使得其在面内压缩、弯曲、疲劳和横向冲击等荷载作用下,容易发生分层破坏,导致灾难性的失效,限制其应用。因此,提高frp复合材料的层间断裂韧性在许多工程应用中至关重要。

2、目前,主要的增韧改性方法包括树脂增韧、z向增韧及层间增韧三个方面。其中,层间增韧是指通过在复合材料层间引入颗粒、纤维、薄膜等增韧材料对复合材料进行增韧。该方法不改变纤维复合材料原有的成型工艺,且增韧材料直接作用于复合材料薄弱的层间,对面内力学性能的削弱较少。其中,通过喷涂技术将增韧颗粒引入到cfrp复合材料中,能够提高复合材料层压板断裂韧性和整体损伤感知能力,近年来受到了广泛的关注。


技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种层间增韧纤维复合材料及其制备方法与应用,以克服现有技术的不足。

2、为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:

3、本发明实施例提供了一种层间增韧纤维复合材料的制备方法,其包括:

4、将微米级增韧粒子、纳米级增韧粒子分散于溶剂中,形成混合增韧粒子分散液;其中所述溶剂为低粘度、易挥发的溶剂;

5、以及,采用喷涂的方式将所述混合增韧粒子分散液施加于纤维布,再与树脂复合、固化成型,制得层间增韧纤维复合材料;或者,采用喷涂的方式将所述混合增韧粒子分散液施加于预浸料,再经固化成型,获得层间增韧纤维复合材料。

6、本发明实施例还提供了前述的制备方法制得的层间增韧纤维复合材料。

7、本发明实施例还提供了前述的层间增韧纤维复合材料在汽车、航空航天或船舶领域中的用途。

8、与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明提供了一种简单、可工业化应用的纤维复合材料层间增韧方法;一方面,由于微米级颗粒、纳米级颗粒和树脂的面外可移动性(渗透性)不同,使得纤维层之间形成了多阶梯度界面,进行多尺度增韧,达到更好的增韧效果(相较于单独的微米级或纳米级颗粒层间增韧);另一方面,使用微米级颗粒芳纶浆粕代替部分纳米级颗粒碳纳米管,实现高效增韧的同时能够大大降低生产成本,具有较大的应用场景,此外,本发明使用分散工艺较为简单,同时对纤维布/预浸料的处理方式不改变纤维复合材料原有的成型工艺,易于进一步推广应用。



技术特征:

1.一种层间增韧纤维复合材料的制备方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述微米级增韧粒子包括微米级芳纶浆粕;优选的,所述微米级芳纶浆粕包括界面改性的芳纶浆粕和/或未经界面改性的芳纶浆粕;

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述溶剂包括水、酒精、丙酮中的任意一种或多种的组合;

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,具体包括:

5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述纤维布包括碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩布、芳纶纤维布中的任意一种或多种的组合;

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,具体包括:

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述预浸料包括双马来酰亚胺树脂/碳纤维预浸料和/或环氧树脂/碳纤维预浸料。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述固化成型包括vartm、rtm、手糊成型、模压成型、热压罐成型中的任意一种。

9.由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的层间增韧纤维复合材料。

10.权利要求9所述的层间增韧纤维复合材料在汽车、航空航天或船舶领域中的用途。


技术总结
本发明公开了一种层间增韧纤维复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括:将微米级增韧粒子、纳米级增韧粒子分散于溶剂中,形成混合增韧粒子分散液;其中所述溶剂为低粘度、易挥发的溶剂;以及,采用喷涂的方式将所述混合增韧粒子分散液施加于纤维布,再与树脂复合、固化成型,制得层间增韧纤维复合材料;或者,采用喷涂的方式将所述混合增韧粒子分散液施加于预浸料,再经固化成型,获得层间增韧纤维复合材料。本发明通过微米级增韧粒子、纳米级增韧粒子和树脂的渗透性不同,使得纤维层之间形成多阶梯度界面实现了多尺度增韧,同时本发明提供的分散工艺较为简单,且不改变纤维复合材料原有的成型工艺,适合工业化生产,具有较好的应用前景。

技术研发人员:付安然,欧云福,姬鹏哲,茅东升
受保护的技术使用者:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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