CN107417944A - 粗糙毛面纤维毡预浸料、复合材料及复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粗糙毛面纤维毡预浸料，是由半固化柔性树脂基质和粗糙毛面纤维毡经过热熔胶膜法而构成，所述粗糙毛面纤维毡预浸料的单面或双面具有凸起毛圈，同时提供了一种粗糙毛面纤维毡复合材料，其结构是以两层单粗糙毛面纤维毡预浸料作为外表面层、若干层双粗糙毛面纤维毡预浸料作为中间增厚层，还进一步介绍了该复合材料的制备方法。本发明以单粗糙毛面纤维毡预浸料作复合材料的外表面层，以双粗糙毛面纤维毡预浸料作复合材料内部增厚层，通过粗糙面纤维毡面层间相互嵌入，经过对合层体进行模压、热固化，形成具有一定抗分层能力的复合材料，从而能较好地降低预浸料层合体的孔隙率，并且有效地解决了分层问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种粗糙毛面纤维毡预浸料及其复合材料，具体地说是一种利用特种纤维毡与树脂基质形成的粗糙毛面纤维毡预浸料、复合材料及其制备方法。
背景技术
大量文献记载了复合材料相对于传统结构材料的优点，尤其是在以非常低的材料密度提供优良的机械性质方面的优点。结果，这些材料的使用变得越来越广泛，它们的应用涉及到从工业制品和运动和休闲器材再到高性能航天组件。包括用树脂例如环氧树脂浸渍的纤维布的预浸料广泛地用于产生这些复合材料。
通常是将多层预浸料根据需要进行层叠，并使得到的层合体固化 (通常应置于高温环境下进行)，得到固化的复合层合体。然而，这种技术涉及到的一个缺陷是气体滞留在预浸料的各个层之间，从而导致在所述固化的复合层合体中有不期望的孔隙率。孔隙率对所述固化的复合层合体的机械性质有负面影响，因此希望尽量减少孔隙率或者从根本上消除。通常，在固化过程中施加一定压力能够减小固化的层合体的最终孔隙率。如果期望得到低孔隙率的复合材料(如对于要求苛刻的应用例如航空航天部件等)，可将预浸料暴露于高温和高压环境下，例如通过在高压釜中固化层合体，是非常有效的工程实践。但是，用于长时间的高温和高压的应用造成高成本和生产周期太长。也有专利涉及到较低压力的固化方法，例如已知的真空袋方法 (vacuum bag process)，是较便宜和较快的选择，但是常常导致在固化的层合体中有较高的孔隙率。因此也有通过在固化之前调整层合体的结构来减少孔隙率。有专利披露了预浸料的层合体，其中所述预浸料在所述预浸料内具有平行于所述单向纤维的纵向凹槽，但构造复杂，难以实现工业化应用。
同时将多层光滑表面预浸料根据需要进行层叠，并使得到的层合体固化 (通常应置于高温环境下进行)，得到固化的复合层合体，还有一种缺陷是在受力状态下容易出现分层现象。只有从多层预浸料的材料及工艺进行更深入的研究，才能提供对上述缺陷的有效解决方案。
发明内容
为克服多层预浸料成型复合材料气孔率较大和易分层的不足，本发明提供了一种粗糙毛面纤维毡预浸料及其复合材料，以单粗糙毛面纤维毡预浸料作复合材料的外表面层，以双粗糙毛面纤维毡预浸料作复合材料内部增厚层，通过粗糙面纤维毡面层间相互嵌入，经过对合层体进行模压、热固化，形成具有一定抗分层能力的复合材料，从而能较好地降低预浸料层合体的孔隙率，并且有效地解决了分层问题。
本发明的技术方案为：一种粗糙毛面纤维毡预浸料，由半固化柔性树脂基质和粗糙毛面纤维毡经过热熔胶膜法而构成，所述粗糙毛面纤维毡预浸料的单面或双面具有凸起毛圈。
所述凸起毛圈高于基质表面2~15mm。
所述半固化柔性树脂基质为环氧树脂和填料的混合物。
所述粗糙毛面纤维毡是由短切纤维网胎、单向布、网格织物、缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层构成并进行单面或双面针刺作用而成。
所述短切纤维网胎是由短切纤维梳理成网并经过针刺后形成。
所述短切纤维为碳纤维或玻璃纤维或石英纤维或聚酯纤维。
一种粗糙毛面纤维毡复合材料，其结构是以两层单粗糙毛面纤维毡预浸料作为外表面层、若干层双粗糙毛面纤维毡预浸料作为中间增厚层，所述单粗糙毛面纤维毡预浸料为单面具有凸起毛圈的粗糙毛面纤维毡预浸料，所述双粗糙毛面纤维毡为双面具有凸起毛圈的粗糙毛面纤维毡预浸料。
所述双粗糙毛面纤维毡预浸料的层数为1-60层。
一种粗糙毛面纤维毡复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤 1）由短切纤维梳理成短切纤维网，经过预针刺后形成短切纤维网胎；
步骤2）将短切纤维网胎、单向布、网格织物、缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层形成层合体；
步骤 3）对步骤2）的层合体进行针刺作用，单面针刺作用成型单粗糙毛面纤维毡，双面针刺作用成型双粗糙毛面纤维毡；
步骤 4）加入半固化柔性树脂基质对单粗糙毛面纤维毡和双粗糙毛面纤维毡进行预浸化热熔胶膜法处理，形成单面和双面都具有高于基质表面2-20mm的凸起毛圈预浸料；
步骤5）将两个单粗糙毛面纤维毡预浸料在中间加若干层双粗糙毛面纤维毡预浸料，经过叠合、入模、加压和固化，形成粗糙毛面纤维毡复合材料。
所述步骤1）中，对短切纤维网胎进行绗缝加工处理以达到增强目的。
所述步骤3）中，采用叉形刺针为层合体进行针刺。
本发明的有益效果为：本发明所提供的粗糙毛面纤维毡预浸料，通过叠层、模压、升温等工序，形成低孔隙率和抗分层效果的复合材料，属于一种成型工艺简单、易于标准化生产、产品质量一致性较好的技术。采用本发明技术所制成的多层复合可用于结构支撑件，同时通过模具的型面控制，还可制备成曲面型构件。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所提供的粗糙毛面纤维毡预浸料，由半固化柔性树脂基质和粗糙毛面纤维毡经过热熔胶膜法而构成，所述粗糙毛面纤维毡预浸料的单面或双面具有凸起毛圈，具体的，所述凸起毛圈高于基质表面2~20mm，所述半固化柔性树脂基质为环氧树脂和填料的混合物，所述粗糙毛面纤维毡是由短切纤维网胎、单向布、网格织物、缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层构成并进行单面或双面针刺作用而成，所述短切纤维网胎是由短切纤维梳理成网并经过针刺后形成，所述短切纤维为碳纤维或玻璃纤维或石英纤维或聚酯纤维。
本发明所提供的粗糙毛面纤维毡复合材料，其结构是以两层单粗糙毛面纤维毡预浸料作为外表面层、若干层双粗糙毛面纤维毡预浸料作为中间增厚层，所述单粗糙毛面纤维毡预浸料为单面具有凸起毛圈的粗糙毛面纤维毡预浸料，所述双粗糙毛面纤维毡为双面具有凸起毛圈的粗糙毛面纤维毡预浸料，具体的，所述双粗糙面纤维毡预浸料作复合材料中间增厚层，以1层或2层或3层，...... ，至60层，夹在单粗糙毛面纤维毡预浸料中间。
本发明所提供的粗糙毛面纤维毡复合材料，其中一种碳纤维型产品的制备方法如下：
步骤 1 ）由短切纤维(长度在40mm~70mm)梳理成具有一定幅宽和厚度的短切纤维网，经过预针刺后形成短切纤维网胎，所述短切纤维为碳纤维。
步骤 2）将短切纤维网胎、与短切纤维网胎相同或不同纤维原料的单向布、网格织物、低面密度的缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层形成层合体。
步骤 3）对步骤2）的层合体采用叉形刺针进行针刺，单面针刺作用成型单粗糙毛面纤维毡，双面针刺作用成型双粗糙毛面纤维毡。
步骤 4）以环氧树脂、填料等对单粗糙毛面纤维毡和双粗糙毛面纤维毡进行预浸化热熔胶膜法处理，形成一面和双面都具有高于基质表面5mm的凸起毛圈预浸料。
步骤5）将两个单粗糙毛面纤维毡预浸料在中间加一层双粗糙毛面纤维毡预浸料，经过叠合、入模、加压和固化，形成一定厚度的粗糙毛面纤维毡复合材料。
本发明所提供的粗糙毛面纤维毡复合材料，另一种玻璃纤维型产品的制备方法如下：
步骤 1） 由短切纤维(长度在30mm~60mm)梳理成具有一定幅宽和厚度的短切纤维网，经过预针刺后形成短切纤维网胎，对短切纤维网胎进行绗缝加工处理以达到增强目的，所述短切纤维为玻璃纤维。
步骤2）将增强短切纤维网胎、与短切纤维网胎相同或不同纤维原料的单向布、网格织物、低面密度的缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层形成层合体。
步骤 3）对步骤2）的层合体采用叉形刺针进行针刺，单面针刺作用成型单粗糙毛面纤维毡，双面针刺作用成型双粗糙毛面纤维毡。
步骤 4）以环氧树脂、填料等对单粗糙毛面纤维毡和双粗糙毛面纤维毡进行预浸化热熔胶膜法处理，形成一面和双面都具有高于基质表面5mm的凸起毛圈预浸料。
步骤5）将两个单粗糙毛面纤维毡预浸料在中间加两层双粗糙毛面纤维毡预浸料，经过叠合、入模、加压和固化，形成一定厚度的粗糙毛面纤维毡复合材料。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：由半固化柔性树脂基质和粗糙毛面纤维毡经过热熔胶膜法而构成，所述粗糙毛面纤维毡预浸料的单面或双面具有凸起毛圈。
2.根据权利要求1所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述凸起毛圈高于基质表面2~15mm。
3.根据权利要求1所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述半固化柔性树脂基质为环氧树脂和填料的混合物。
4.根据权利要求1所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述粗糙毛面纤维毡是由短切纤维网胎、单向布、网格织物、缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层构成并进行单面或双面针刺作用而成。
5.根据权利要求4所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述短切纤维网胎是由短切纤维梳理成网并经过针刺后形成。
6.根据权利要求5所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述短切纤维为碳纤维或玻璃纤维或石英纤维或聚酯纤维。
7.一种粗糙毛面纤维毡复合材料，采用如权利要求1所述的粗糙毛面纤维毡预浸料制成，其结构是以两层单粗糙毛面纤维毡预浸料作为外表面层、若干层双粗糙毛面纤维毡预浸料作为中间增厚层，所述单粗糙毛面纤维毡预浸料为单面具有凸起毛圈的粗糙毛面纤维毡预浸料，所述双粗糙毛面纤维毡为双面具有凸起毛圈的粗糙毛面纤维毡预浸料。
8.一种粗糙毛面纤维毡复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤 1）由短切纤维梳理成短切纤维网，经过预针刺后形成短切纤维网胎；
步骤2）将短切纤维网胎、单向布、网格织物、缎纹织物中的一种与短切纤维网胎交替叠层形成层合体；
步骤 3）对步骤2）的层合体进行针刺作用，单面针刺作用成型单粗糙毛面纤维毡，双面针刺作用成型双粗糙毛面纤维毡；
步骤 4）加入半固化柔性树脂基质对单粗糙毛面纤维毡和双粗糙毛面纤维毡进行预浸化热熔胶膜法处理，形成单面和双面都具有高于基质表面2-20mm的凸起毛圈预浸料；
步骤5）将两个单粗糙毛面纤维毡预浸料在中间加若干层双粗糙毛面纤维毡预浸料，经过叠合、入模、加压和固化，形成粗糙毛面纤维毡复合材料。
9.根据权利要求1所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述步骤1）中，对短切纤维网胎进行绗缝加工处理以达到增强目的。
10.根据权利要求1所述的粗糙毛面纤维毡预浸料，其特征在于：所述步骤3）中，采用叉形刺针为层合体进行针刺。
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