CN101760965A - 一种rtm预成型体织物粉末预定型剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料制造技术，涉及一种增韧功能型RTM织物粉末预定型剂及其制备方法。本发明所制备的粉末定型剂由甲组份和乙组份混合组成，甲组份是不会板结、粘连的高性能热塑性聚合物粉末，同时这些热塑性粉末在复合材料成型后主要分布在复合材料层间以提高复合材料的抗冲击强度；乙组份是具有适当软化点的树脂状组份，树脂状组份的软化点在40℃-100℃之间。热塑性树脂粉末占定型剂总量的5％-80％，余量为乙组份。本发明的制备步骤为：甲组份的制备；乙组份的制备；混合。本发明能防止粉末定型剂在室温长时间贮存条件下发生板结，提高了织物的预定型效果，并能提高定型织物RTM复合材料的冲击后压缩性能，不影响复合材料的耐热性能和力学性能。本发明涉及的定型剂包括双马树脂型、环氧树脂型、氰酸酯树脂型定型剂，分别适合于RTM双马树脂、环氧树脂和氰酸酯树脂。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制造技术，涉及一种具有增韧功能的RTM复合材料预成型体织物粉末定型剂及其制备方法。
背景技术
RTM复合材料的增韧是RTM复合材料面临的一个最重要的技术难题。由于RTM复合材料成型要求RTM树脂体系具有较低的粘度，因此不能采用在树脂体系中加入橡胶或热塑性聚合物的方法来提高复合材料的抗冲击韧性。美国Cyetec公司将热塑性聚合物纺成纤维，并用该纤维与碳纤维混纱后织造成复合材料增强体，或把该纤维与碳纤维共编织成复合材料增强体，然后制造热塑性聚合物纤维增韧的RTM复合材料，使RTM复合材料的抗冲击韧性得到提高。如RTM成型977-20碳纤维复合材料。这种方法的目的就是为了解决RTM树脂的低粘度要求与增韧要求之间的矛盾，但是这种增韧方法的增韧效果非常有限。中国专利ZL200610099381.9将热塑性薄膜铺放在增强织物的层间以达到增韧之目的，其增韧复合材料的冲击后压缩强度得到显著提高，但是铺放在层间的热塑性薄膜将阻碍RTM树脂在层间的流动，因此给RTM复合材料的成型工艺增加了难度。同时，这种增韧方法得到的复合材料的层间形成了一层树脂富集层，这将影响复合材料纤维体积含量的提高并可能导致冲击后压缩强度之外的其他力学性能下降。
增强材料、树脂和定型剂是RTM成型复合材料的三大基本材料，因此定型剂是纤维增强复合材料RTM成型工艺的重要工艺材料。早期的定型剂是将具有适当粘性和软化点的树脂溶解在溶剂中形成定型剂溶液，然后将定型剂溶液刷涂或喷涂在增强体织物上达到定型的目的。但是溶液定型剂定型效果欠佳，并且使用大量的溶剂，造成对环境的污染。为了保护环境和降低预定型成本，提高定型效果和效率，液体成型复合材料制造商更倾向于使用干法粉末定型剂。目前，粉末定型剂的制备，主要是将与树脂基体树脂相同或相近的树脂预聚，然后将预聚树脂粉碎成粉末即为其定型剂。但是这类定型剂为预聚树脂，它在室温长时间贮存条件下会发生板结而无法正常使用。
发明内容
本发明的目的是：提出一种具有增韧功能的RTM复合材料预成型体粉末定型剂及其制备方法，以提高复合材料的抗冲击性能，并提高织物的预定型效果和改善织物预定型工艺。本发明的另一个目的是：克服现有的粉末定型剂在室温长时间贮存条件下容易发生板结的缺点。
本发明的技术方案是：一种RTM预成型体织物粉末定型剂，其特征在于，它由甲组份和乙组份混合组成，甲组份占定型剂总质量的5％～80％，余量为乙组份；甲组份为下述物质之一：酚酞改性聚醚酮、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、酚酞改性聚醚砜、聚苯硫醚或聚酰胺；乙组份为下述物质之一：双马单体树脂/烯丙基双酚A/烯丙基苯酚共聚物、双马树脂与环氧树脂的预聚物、双马树脂与氰酸酯树脂的预聚物、固体环氧树脂、环氧树脂与芳香族胺的预聚物、环氧树脂与酸酐的预聚物、环氧与氰酸酯树脂的预聚物或氰酸酯树脂预聚物。
如上面所述粉末定型剂的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
1、甲组份的制备；将甲组份原料加入气流粉粹机、冷冻粉碎机或机械粉碎机中粉碎至100～300目的粒度；
2、乙组份的制备；将乙组份原料加入气流粉粹机、冷冻粉碎机或机械粉碎机中粉碎至50～100目的粒度；
3、混合；按比例称取粉碎后的甲组份和乙组份，加入到气流粉碎机中混合1～10分钟，或者加入到机械混合装置中混合10～60分钟即可。
本发明的优点是：大幅度提高了复合材料的抗冲击损伤能力，同时，不影响复合材料成型工艺及复合材料耐热性能和其他力学性能。此外，提高了织物的预定型效果。同时，能防止粉末定型剂在室温长时间贮存条件下发生板结。试验证明，本发明提高了复合材料的抗冲击损伤能力达50％以上。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种RTM预成型体织物粉末定型剂，其特征在于，它由甲组份和乙组份混合组成，甲组份占定型剂总质量的5％～80％，余量为乙组份；甲组份为下述物质之一：酚酞改性聚醚酮、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、酚酞改性聚醚砜、聚苯硫醚或聚酰胺；乙组份为下述物质之一：双马单体树脂/烯丙基双酚A/烯丙基苯酚共聚物、双马树脂与环氧树脂的预聚物、双马树脂与氰酸酯树脂的预聚物、固体环氧树脂、环氧树脂与芳香族胺的预聚物、环氧树脂与酸酐的预聚物、环氧与氰酸酯树脂的预聚物或氰酸酯树脂预聚物。
如上面所述粉末定型剂的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
1、甲组份的制备；将甲组份原料加入气流粉粹机、冷冻粉碎机或机械粉碎机中粉碎至100～300目的粒度；
2、乙组份的制备；将乙组份原料加入气流粉粹机、冷冻粉碎机或机械粉碎机中粉碎至50～100目的粒度；
3、混合；按比例称取粉碎后的甲组份和乙组份，加入到气流粉碎机中混合1～10分钟，或者加入到机械混合装置中混合10～60分钟即可。
本发明的基本工作原理是：本发明所制备的增韧功能型粉末定型剂由甲乙两组份组成，甲组份为热塑性聚合物粉末，乙组份为乙组份是软化点在40C～100C之间的树脂状组份，树脂状组份的化学组成与RTM树脂相同或相似。在制备过程中将两组份通过机械或气流粉碎法共同粉碎或分别粉碎后混合均匀，热塑性聚合物粉末组份包覆在树脂状组份粉末的表面将树脂状组份隔开以防止粉末定型剂在贮存和使用过程中板结，而具有适当软化点的树脂状组份在定型过程中起到粘接定型织物的作用。织物定型后，热塑性聚合物粉末主要被树脂状组份粘附在织物的表面，因此其复合材料成型后热塑性聚合物则主要分布在复合材料的层间，从而使这些热塑性聚合物能有效提高复合材料的层间抗冲击韧性。由于热塑性聚合物是以粉末状态分布在RTM复合材料预制体的层间，因此这些热塑性聚合物也不会阻碍RTM充模过程中树脂的流动。
实施例：
实施例1、将双马单体树脂/烯丙基双酚A/烯丙基苯酚共聚物加入气流粉碎机中粉碎至100目，将10份聚醚醚酮粉碎至250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即为RTM双马树脂增韧定型剂。将此定型剂应用于6421RTM/T700复合材料，其冲击后压缩强度从150MPa提高到了255MPa。
实施例2、将环氧树脂与芳香族胺的预聚物粉碎至50～100目，将10份聚醚砜粉碎至200～250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为RTM环氧树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。将此定型剂应用于3266RTM/T700复合材料，其冲击后压缩强度从170MPa提高到了265MPa。
实施例3、将环氧树脂与芳香族胺的预聚物粉碎至50～100目，将16份酚酞改性聚醚酮粉碎至200～250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为RTM环氧树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。将此定型剂应用于5284RTM/CCF300复合材料，其冲击后压缩强度从154MPa提高到了242MPa
实施例4、将环氧树脂与酸酐的预聚物粉碎至50～100目，将10份聚苯硫醚聚合物粉碎至200～250目形成粉末组份，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为酸酐固化RTM环氧树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。
实施例5、将环氧树脂与酸酐的预聚物粉碎至50～100目，8份聚醚酰亚胺粉碎至200～250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为酸酐固化RTM环氧树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。
实施例6、将环氧与氰酸酯树脂的预聚物粉碎至50～100目，将10份酚酞改性聚醚砜粉碎至200～250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为环氧改性氰酸酯RTM树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。
实施例7、将氰酸酯树脂预聚物粉碎至50～100目，将20份聚砜粉碎至200～250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为RTM氰酸酯树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。
实施例8、将双马树脂与氰酸酯树脂的预聚物粉碎至50～100目，将20份热塑性聚酰亚胺粉碎至200～250目，然后将两组份在气流粉碎机中在50目条件下充分混合，即可作为RTM氰酸酯树脂成型复合材料增强材料的增韧定型剂。
Claims (2)
1.一种RTM预成型体织物粉末定型剂，其特征在于，它由甲组份和乙组份混合组成，甲组份占定型剂总质量的5％～80％，余量为乙组份；甲组份为下述物质之一：酚酞改性聚醚酮、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、酚酞改性聚醚砜、聚苯硫醚或聚酰胺；乙组份为下述物质之一：双马单体树脂/烯丙基双酚A/烯丙基苯酚共聚物、双马树脂与环氧树脂的预聚物、双马树脂与氰酸酯树脂的预聚物、固体环氧树脂、环氧树脂与芳香族胺的预聚物、环氧树脂与酸酐的预聚物、环氧与氰酸酯树脂的预聚物或氰酸酯树脂预聚物。
2.如权利要求1所述粉末定型剂的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
2.1、甲组份的制备；将甲组份原料加入气流粉粹机、冷冻粉碎机或机械粉碎机中粉碎至100～300目的粒度；
2.2、乙组份的制备；将乙组份原料加入气流粉粹机、冷冻粉碎机或机械粉碎机中粉碎至50～100目的粒度；
2.3、混合；按比例称取粉碎后的甲组份和乙组份，加入到气流粉碎机中混合1～10分钟，或者加入到机械混合装置中混合10～60分钟即可。
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