本發(fā)明涉及預(yù)浸料，更具體地，涉及復(fù)合功能預(yù)浸料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著復(fù)合材料的普及和應(yīng)用，越來越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用復(fù)合材料。在現(xiàn)有技術(shù)中，常用的兩種復(fù)合材料為玻璃纖維增強復(fù)合材料與碳纖維增強復(fù)合材料。

在復(fù)合材料生產(chǎn)過程中，為實現(xiàn)某些功能，在不同層使用不同類型的纖維預(yù)浸料混合鋪疊固化成型。由于不同層的纖維(碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等)在熱固化過程中的形變量不同，導(dǎo)致固化成型零件形變嚴重，尺寸穩(wěn)定性難以保證。

此外，在復(fù)合材料中，由于不同層的纖維的熱膨脹系數(shù)不同，所以容易導(dǎo)致熱膨脹失配，從而引起不期望的形變或結(jié)構(gòu)強度的損失。有些復(fù)合材料使用80％以上的碳纖維材料來增強結(jié)構(gòu)強度，然而這引起成本的顯著增加。因此，在復(fù)合材料領(lǐng)域，對形變量小、強度高且成本低的復(fù)合材料的需求在不斷地增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種復(fù)合功能預(yù)浸料的制備方法，以改善不同纖維混合鋪疊帶來的尺寸變形問題，同時實現(xiàn)增強拉伸或壓縮強度以及降低成本的目的。

本發(fā)明提供了一種制備復(fù)合功能預(yù)浸料的方法，其特征在于，所述方法包括：將碳纖維和另一不同的纖維混合編制，得到混編纖維；使用樹脂涂布所述混編纖維，得到混編預(yù)浸料；將所述混編預(yù)浸料鋪疊成型；以及使所述混編預(yù)浸料固化成型。

在上述方法中，其中，所述另一不同的纖維為玻璃纖維、石英纖維或芳綸纖維。

在上述方法中，其中，所述樹脂為環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來酸酐樹脂或酚醛樹脂。

在上述方法中，其中，在所述混編預(yù)浸料中，碳纖維的體積含量占總體比例的30～70％。

在上述方法中，其中，在所述混編預(yù)浸料中，所述另一不同的纖維的體積含量占總體比例的10～30％。

在上述方法中，其中，在所述混編預(yù)浸料中，所述樹脂的體積含量占總體比例的20～40％。

在上述方法中，其中，在所述混編預(yù)浸料中，碳纖維的體積含量占總體比例的10～70％，所述另一不同的纖維的體積含量占總體比例的10～40％，所述樹脂的體積含量占總體比例的20～50％。

在上述方法中，其中，將所述混編預(yù)浸料鋪疊成型進一步包括將所述混編預(yù)浸料作為過渡層鋪疊在對應(yīng)的兩種單一纖維預(yù)浸料之間。

在上述方法中，其中，使用真空袋壓固化來固化所述混編預(yù)浸料。

在上述方法中，其中，所述真空袋壓固化的固化溫度為100-185℃，固化時間為1-9小時，固化壓力為0.1-0.7兆帕。

本發(fā)明還提供了使用上述方法制備的復(fù)合功能預(yù)浸料。

通過使用混編纖維預(yù)浸料，減少了兩種單一纖維直接層鋪在一起收縮變形帶來的形變量，提高了零件的外形尺寸精確度。此外，還可以實現(xiàn)增強拉伸或壓縮強度以及降低成本的目的。

附圖說明

圖1示出了制備混編預(yù)浸料的工藝流程。

具體實施方式

下面的實施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

首先，使用編織機把碳纖維、玻璃纖維、石英纖維或芳綸纖維等按一定比例進行兩兩混合編制，然后使用樹脂制作混編樹脂預(yù)浸料?；旌暇幹频睦w維的種類和組分可根據(jù)需求進行設(shè)計，以同時滿足零件特殊功能和力學(xué)強度的要求。樹脂為環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來酸酐樹脂或酚醛樹脂中的一種或多種?？梢栽诨旌暇幹频睦w維的一面涂布樹脂制作預(yù)浸料，也可以在混合編制的纖維的兩面均涂布樹脂制作預(yù)浸料，涂布可以使用浸涂或噴涂等。

混編預(yù)浸料可以單獨固化成型，也可以作為兩種單一纖維預(yù)浸料混合鋪疊固化的過渡鋪層來使用。例如，下面一層為碳纖維預(yù)浸料，中間一層為碳纖維和玻璃纖維的混合編制預(yù)浸料，上面一層為玻璃纖維預(yù)浸料。作為過渡層的混編預(yù)浸料，其碳纖維體積含量占總體比例的30～70％，另一種纖維的體積含量占總體比例的10～30％，樹脂的體積含量占總體比例的20～40％。

例如，在根據(jù)需要鋪層混編預(yù)浸料之后，對預(yù)浸料進行固化成型?；炀庮A(yù)浸料可以單獨鋪疊，例如根據(jù)需要鋪疊多層混編預(yù)浸料。混編預(yù)浸料也可以作為過渡層鋪疊，例如根據(jù)需要將混編預(yù)浸料鋪疊在兩種單一纖維預(yù)浸料之間。優(yōu)選地，固化成型的方法為真空袋壓固化，但本發(fā)明不限于此。優(yōu)選地，以下的真空袋壓固化的固化溫度100-185℃，固化時間1-9小時，壓力為0.1-0.7兆帕。

本發(fā)明的復(fù)合功能預(yù)浸料可以應(yīng)用于航空航天、輪船潛艇、汽車輕量化以及體育器材等方面。下面對混編預(yù)浸料的具體用途進行說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，下面的實例并不以任何方式限制本發(fā)明。

一航空功能結(jié)構(gòu)件具有電磁干擾功能和力學(xué)強度要求，使用單一預(yù)浸料無法滿足結(jié)構(gòu)件電磁功能和結(jié)構(gòu)強度的雙重需求，而電磁干擾功能對結(jié)構(gòu)件的外形尺寸的要求較高，分別使用單一纖維預(yù)浸料以及將混編纖維的預(yù)浸料鋪疊在單一纖維預(yù)浸料之間來制作厚度均為2mm的預(yù)浸料的功能結(jié)構(gòu)件。

實施例1

將碳纖維與石英纖維混合編制后用環(huán)氧樹脂制作碳纖維與石英纖維的 混合編制預(yù)浸料，其中，混編預(yù)浸料中的碳纖維體積含量占總體比例的30％，石英纖維的體積含量占總體比例的30％，環(huán)氧樹脂的體積含量占總體比例的40％，環(huán)氧樹脂進行雙面涂布。使用同樣的方法分別制備碳纖維預(yù)浸料與石英纖維預(yù)浸料，環(huán)氧樹脂含量相同，僅纖維替換為單一纖維。然后，進行鋪層，將碳纖維預(yù)浸料作為底層，混合編制預(yù)浸料作為中間層，石英纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件一。將碳纖維預(yù)浸料作為底層，另一碳纖維預(yù)浸料作為中間層，石英纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件二。將碳纖維預(yù)浸料作為底層，石英纖維預(yù)浸料作為中間層，另一石英纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件三。

實施例2

將碳纖維與玻璃纖維混合編制后用氰酸酯樹脂制作碳纖維與玻璃纖維的混合編制預(yù)浸料，其中，混編預(yù)浸料中的碳纖維體積含量占總體比例的50％，玻璃纖維的體積含量占總體比例的20％，氰酸酯樹脂的體積含量占總體比例的30％，氰酸酯樹脂進行雙面涂布。使用同樣的方法分別制備碳纖維預(yù)浸料與玻璃纖維預(yù)浸料，氰酸酯樹脂含量相同，僅纖維替換為單一纖維。然后，進行鋪層，將碳纖維預(yù)浸料作為底層，混合編制預(yù)浸料作為中間層，玻璃纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件四。將碳纖維預(yù)浸料作為底層，另一碳纖維預(yù)浸料作為中間層，玻璃纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件五。將碳纖維預(yù)浸料作為底層，玻璃纖維預(yù)浸料作為中間層，另一玻璃纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件六。

實施例3

將碳纖維與芳綸纖維混合編制后用雙馬來酸酐樹脂制作碳纖維與芳綸纖維的混合編制預(yù)浸料，其中，混編預(yù)浸料中的碳纖維體積含量占總體比例的70％，芳綸纖維的體積含量占總體比例的10％，雙馬來酸酐樹脂的體積含量占總體比例的20％，雙馬來酸酐樹脂進行雙面涂布。使用同樣的方法分別制備碳纖維預(yù)浸料與芳綸纖維預(yù)浸料，雙馬來酸酐樹脂含量相同，僅纖維替換為單一纖維。然后，進行鋪層，將碳纖維預(yù)浸料作為底層，混 合編制預(yù)浸料作為中間層，芳綸纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件七。將碳纖維預(yù)浸料作為底層，另一碳纖維預(yù)浸料作為中間層，芳綸纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件八。將碳纖維預(yù)浸料作為底層，芳綸纖維預(yù)浸料作為中間層，另一芳綸纖維預(yù)浸料作為頂層，通過真空袋壓固化得到功能件九。

測量以上功能件的形變量、拉伸強度和壓縮強度，根據(jù)這幾個指標的國標標準中的測量方法進行測量，得到的結(jié)果如表1所示。

表1不同功能結(jié)構(gòu)件性能測試結(jié)果

由上可知，通過使用混編纖維的預(yù)浸料鋪疊在單一纖維之間，作為兩種單一纖維的過渡層，減少了兩種單一纖維的收縮變形帶來的形變量，提高了零件的外形尺寸精確度，實現(xiàn)了功能和結(jié)構(gòu)強度的雙重目標。此外，使用混編預(yù)浸料的功能件的拉伸強度和壓縮強度也均有明顯的提高。

實施例4

汽車輕量化外殼對復(fù)合材料零件力學(xué)性能需求不高，但需降低制造成本。使用碳纖維與另一纖維(例如，玻璃纖維)混合編織預(yù)浸料可同時達到力學(xué)性能和降低成本的目的，作為整體鋪疊的混編預(yù)浸料，其碳纖維體積含量占總體比例的10～70％，另一種纖維(例如，玻璃纖維)的體積含量占總體比例的10～40％，樹脂的體積含量占總體比例的20～50％，同樣地，下面制備厚度均為2mm的預(yù)浸料的外殼零件。具體地，將碳纖維與玻璃纖 維混合編制后用環(huán)氧樹脂制作碳纖維與玻璃纖維的混合編制預(yù)浸料，其中，混編預(yù)浸料中的碳纖維體積含量占總體比例的40％，玻璃纖維的體積含量占總體比例的25％，環(huán)氧樹脂的體積含量占總體比例的35％，環(huán)氧樹脂進行雙面涂布。使用同樣的方法分別制備碳纖維預(yù)浸料與玻璃纖維預(yù)浸料，環(huán)氧樹脂含量相同，僅纖維替換為單一纖維。然后，將混合編制預(yù)浸料鋪層3層，厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件一。將碳纖維預(yù)浸料鋪層至厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件二。將玻璃纖維預(yù)浸料鋪層至厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件三。

實施例5

將碳纖維與石英纖維混合編制后用氰酸酯樹脂制作碳纖維與石英纖維的混合編制預(yù)浸料，其中，混編預(yù)浸料中的碳纖維體積含量占總體比例的70％，石英纖維的體積含量占總體比例的10％，氰酸酯樹脂的體積含量占總體比例的20％，氰酸酯樹脂進行雙面涂布。使用同樣的方法分別制備碳纖維預(yù)浸料與石英纖維預(yù)浸料，氰酸酯樹脂含量相同，僅纖維替換為單一纖維。然后，將混合編制預(yù)浸料鋪層3層，厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件四。將碳纖維預(yù)浸料鋪層至厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件五。將石英纖維預(yù)浸料鋪層至厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件六。

實施例6

將碳纖維與芳綸纖維混合編制后用酚醛樹脂制作碳纖維與芳綸纖維的混合編制預(yù)浸料，其中，混編預(yù)浸料中的碳纖維體積含量占總體比例的10％，芳綸纖維的體積含量占總體比例的40％，酚醛樹脂的體積含量占總體比例的50％，酚醛樹脂進行雙面涂布。使用同樣的方法分別制備碳纖維預(yù)浸料與芳綸纖維預(yù)浸料，酚醛樹脂含量相同，僅纖維替換為單一纖維。然后，將混合編制預(yù)浸料鋪層3層，厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件七。將碳纖維預(yù)浸料鋪層至厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件八。將芳綸纖維預(yù)浸料鋪層至厚度為約2mm，通過真空袋壓固化得到外殼零件九。

測量以上外殼零件的形變量、拉伸強度和壓縮強度，根據(jù)這幾個指標 的國標標準中的測量方法進行測量，得到的結(jié)果如表2所示。

表2外殼零件性能檢測結(jié)果

由上可知，混紡預(yù)浸料鋪疊成型的零件形變量小，外形尺寸精確度高，從而增強了工藝可操作性。此外，使用混合編織預(yù)浸料可同時達到力學(xué)性能和降低成本的目的，有利于降低制造成本。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，以上實施例僅是示例性實施例，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。