CN107793700B - 一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107793700B
CN107793700B CN201610838851.2A CN201610838851A CN107793700B CN 107793700 B CN107793700 B CN 107793700B CN 201610838851 A CN201610838851 A CN 201610838851A CN 107793700 B CN107793700 B CN 107793700B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
composite material
resin
carbon fiber
polyimide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610838851.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107793700A (zh
Inventor
武德珍
韩恩林
于文骁
陈金梅
牛鸿庆
俞建刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU XIANNUO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
JIANGSU XIANNUO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGSU XIANNUO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical JIANGSU XIANNUO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201610838851.2A priority Critical patent/CN107793700B/zh
Publication of CN107793700A publication Critical patent/CN107793700A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107793700B publication Critical patent/CN107793700B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L61/00—Compositions of condensation polymers of aldehydes or ketones; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L61/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C08L61/16—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of ketones with phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/14—Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16—Fibres; Fibrils

Abstract

本发明提供一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法。本发明的复合材料是通过碳纤维与聚酰亚胺纤维混纺或混编的方式得到二者的混杂织物，然后与对应的树脂及填料复合制备复合材料。本发明采用聚酰亚胺纤维作为增强体的主体材料之一，能够在不影响复合材料力学强度的条件下，很好的解决仅采用碳纤维作为增强体时复合材料的脆性问题，不仅大幅度提高了其抗冲击性能，还进一步提高了复合材料的绝缘性能。该材料可应用于防弹衣、防弹提包、防弹装甲、防弹护板、防弹头盔、安全头盔、防撞墙、防撞护板、保险杠、刹车片、砂轮、摩擦材料，还可用于桥梁、建筑物的增强、补强和加固。

Description

一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材 料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高强度、高韧性、耐高温复合材料制备领域，具体地，涉及一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，以及该方法制备的复合材料。
背景技术
碳纤维复合材料以其轻质、高强高模、耐高温等性能著称，是发展国防军工、航天航空、新能源及高科技产业的重要基础材料。然而，虽然碳纤维具有以上的性能优点，但其性脆，在防弹材料、防撞材料和透波材料等考虑韧性和抗冲击性能应用领域有一定的局限性，因此采用其制备的复合材料通常需要选择合适的增韧方法才能更好的得到应用。以碳纤维/环氧树脂基复合材料为例，传统的增韧方法是将热塑性工程塑料通过物理共混的方法对环氧树脂基体进行增韧，但其存在添加量大、加工困难的问题。同时，碳纤维具有导电性，在对绝缘性和透波性等有要求的领域尚未取得很好的应用。
有研究采用玻璃纤维或芳纶纤维与碳纤维混杂的方式，以提高复合材料制品的抗冲击性能、韧性和绝缘性。但玻璃纤维的力学强度略低，且密度较大，采用其作为混杂配体主要是为了降低成本，对于性能的改善比较有限；芳纶纤维虽然具有优异的力学性能，如kevlar49纤维具有较高的强度和模量，但其尺寸稳定性和耐紫外辐照性能较差、吸水率高，抗湿热老化性能差，影响复合材料的加工和使用寿命，尤其影响其作为主要结构部件应用于航空航天领域中的长时间使用稳定性。同时，芳纶纤维的玻璃化温度和使用温度难以满足高性能树脂如聚酰亚胺树脂的成型加工需求，这也在很大程度上限制了其与碳纤维混杂复合材料的进一步应用。
因此，现在急需一种纤维材料与碳纤维混杂，在不影响复合材料其他性能的前提下，提高碳纤维复合材料的韧性。既克服玻璃纤维密度高的缺点，又避免芳纶纤维吸水率高、不耐紫外辐照、抗湿热老化性能差的缺点，还能够进一步提高混杂织物的高温使用性能，满足聚酰亚胺、聚醚醚酮等高性能树脂的成型工艺要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中碳纤维复合材料韧性和抗冲击性能较差的问题，提供一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法。
聚酰亚胺纤维是近年来发展起来的一种高性能有机纤维，除具有聚酰亚胺类材料耐高温、高绝缘、耐紫外辐照、低吸水率、低导热、低膨胀系数等性能优势外，还具有高性能纤维类材料高强度和高模量的性能特点。与玻璃纤维相比，该纤维具有更低的密度和介电绝缘性能；与芳纶纤维相比，该纤维能够耐受更高的使用温度，同时还具有更好的耐紫外辐照性能和低的吸水率，有效地解决了芳纶纤维因吸水率高和不耐紫外辐照而引起的复合材料抗湿热老化性能较差的问题。因此，采用聚酰亚胺纤维作为增强体，已成为复合材料领域的一个新的研究方向。申请人所在团队也开展了大量的相关研究工作。根据对前期研究成果的总结和对碳纤维复合材料结构特点的分析，结合层间增韧的相关机理研究，申请人团队提出选用高强高模聚酰亚胺纤维与碳纤维混纺或混编的方式，根据目标制件的形状尺寸和结构特点，采用二维或三维编织方式得到纤维预成型体，然后通过传统浸胶或RTM工艺或其他复合材料成型工艺与树脂复合，最终固化成型的工艺路线。在该制品中，碳纤维提供力学强度，聚酰亚胺纤维提供韧性和抗冲击性能，既保证了制件的强度，又避免了单独使用碳纤维时制品韧性较差的问题。聚酰亚胺纤维的存在降低了碳纤维的含量和组成，还能够在一定程度上提高复合材料制品的绝缘性能。由于聚酰亚胺纤维优异的耐高温性能，使其能够适应热塑性或热固性聚酰亚胺树脂以及聚醚醚酮树脂等需要高温成型的树脂体系，对于碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料或碳纤维/聚醚醚酮树脂复合材料的抗冲击性能的改善具有重要意义。本发明中的这种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料可应用于制备防弹装甲、防弹护板、防弹提包、防弹头盔、安全头盔、防撞墙、防撞护板、保险杠、刹车片、砂轮、摩擦材料等。同时，本发明中的碳纤维/聚酰亚胺纤维共混纤维或混杂织物还可以用于防弹衣和桥梁、建筑增强、补强、加固等领域，对于提高防护和保护材料的韧性具有重要作用。
因此，基于以上原理：
第一，本发明提供了一种碳纤维与聚酰亚胺纤维组成的共混纤维。
第二，本发明提供了一种由碳纤维与聚酰亚胺纤维组成的混杂纤维织物。
所述聚酰亚胺纤维选自高强高模型聚酰亚胺纤维，纤维的强度大于1.5GPa，模量大于80GPa，断裂伸长率大于2％，玻璃化温度大于250℃，空气气氛下10wt％热分解温度大于500℃，300℃高温处理100h后强度保持率大于85％，回潮率小于2％。
第三，本发明提供了一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料，该材料具有以下特点：
(1)采用碳纤维与聚酰亚胺纤维通过混编或混纺的方式得到二者的混杂织物，然后与树脂和填料复合，最终固化成型得到的复合材料；
(2)所述聚酰亚胺纤维选自高强高模型聚酰亚胺纤维，纤维的强度大于1.5GPa，模量大于80GPa，断裂伸长率大于2％，玻璃化温度大于250℃，空气气氛下10wt％热分解温度大于500℃，300℃高温处理100h后强度保持率大于85％，回潮率小于2％；
(3)所述聚酰亚胺纤维占混杂纤维织物的体积分数在1％-99％之间；
(4)所述树脂选自环氧树脂、不饱和树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚甲醛树脂、氯化聚氯乙烯树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、光固化树脂、地聚物树脂之中的一种或多种；
(5)所述碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料中，纤维部分占复合材料的体积分数在10％-90％之间；
(6)所述碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料，其弯曲强度大于650MPa，弯曲模量大于40GPa，层间断裂韧性大于0.45kJ·m-2，空气气氛条件下5wt％热分解温度大于210℃。
第四，本发明提供了以上碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，该方法包括：
(1)将碳纤维与聚酰亚胺纤维通过混纺得到混杂纱线，然后经编织机得到二维或三维织物，聚酰亚胺纤维所占的体积分数在1％-99％之间；
(2)将碳纤维与聚酰亚胺纤维通过混编的方式，得到碳纤维作为经线、聚酰亚胺纤维作为纬线，或聚酰亚胺纤维作为经线、碳纤维作为纬线，或二者共为经线和纬线，或者交替、随机排列方式得到平纹、斜纹或具有特定形状的二维平面或三维立体织物，聚酰亚胺纤维所占的体积分数在1％-99％之间；
(3)将步骤(1)或步骤(2)得到的混杂织物与树脂通过湿法浸胶或干法浸胶得到预浸料然后铺层得到预成型件，或通过树脂传递模塑的工艺得到预成型件，然后在一定的温度和压力下固化成型。
所述的一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，所述碳纤维为T300级以上碳纤维，所述聚酰亚胺纤维为高强高模聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺纤维的强度大于1.5GPa，模量大于80GPa，断裂伸长率大于2％，玻璃化温度大于250℃，空气气氛下10wt％热分解温度大于500℃，300℃高温处理100h后强度保持率大于85％，回潮率小于2％。
所述的一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，步骤(3)中复合材料中纤维的体积分数在10％-90％之间。
所述的一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，步骤(3)中成型压力大于0.1MPa，温度在100-400℃之间，时间在0.1-24h之间。
所述的一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，所述复合材料成型时还包括填料，所述填料选自金属粉末、金属氧化物、钛酸钡、碳纳米管、石墨烯、石墨、金属纤维、无机纤维、二硫化钼、橡胶颗粒、二氧化硅、海泡石、阻燃剂、光亮剂、荧光剂中的一种或多种。
所述的共混纤维的应用，可用于防弹衣、防弹提包、防弹装甲、防弹护板、防弹头盔、安全头盔、防撞墙、防撞护板、保险杠、刹车片、砂轮、摩擦材料，还可用于桥梁、建筑物的增强、补强和加固。
所述的混杂纤维织物的应用，可用于防弹衣、防弹提包、防弹装甲、防弹护板、防弹头盔、安全头盔、防撞墙、防撞护板、保险杠、刹车片、砂轮、摩擦材料，还可用于桥梁、建筑物的增强、补强和加固。
所述的碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的应用，可用于防弹衣、防弹提包、防弹装甲、防弹护板、防弹头盔、安全头盔、防撞墙、防撞护板、保险杠、刹车片、砂轮、摩擦材料，还可用于桥梁、建筑物的增强、补强和加固。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)提高了碳纤维复合材料的韧性和抗冲击性能；
(2)能够用于制备碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物增强聚酰亚胺树脂或聚醚醚酮树脂复合材料，提升现有碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料或碳纤维/聚醚醚酮树脂复合材料的韧性和抗冲击性能；
(3)与芳纶纤维相比，聚酰亚胺纤维耐高温、吸水率低、耐紫外辐照、湿热老化性能好，以其作为增韧纤维得到的碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂纤维增强复合材料与碳纤维/芳纶纤维增强复合材料相比，具有更好的耐高温性能和耐湿热老化性能，即具有更为稳定的长时间使用性能；
(4)提高了碳纤维复合材料的绝缘性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例
高性能聚酰亚胺纤维和环氧树脂购自江苏先诺新材料科技有限公司，聚酰亚胺树脂为自制。
制备例1
热固性聚酰亚胺树脂溶液的制备方法：将4-苯乙炔基苯酐(PEPA)和a型联苯四甲酸二酐(a-BPDA)和少量的2，2-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]六氟丙烷二酐(BFDA)分别与乙醇在70℃的条件下回流处理分别得到三者酯化后的溶液A和B和C，将对苯二胺(p-PDA)和2，2’-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)和3，4-二氨基二苯醚(3，4-ODA)溶于乙醇溶液中得到溶液D，将溶液A、B和C在氮气保护的条件下与D液混合并继续搅拌反应2h得到聚酰亚胺树脂溶液。
制备例2
热塑性聚酰亚胺树脂的制备方法：将双酚A型二醚二酐(BPDEDA)与六氟四甲酸二酐(6FDA)与3，4-ODA和少量p-PDA加入高沸点溶剂(N-甲基吡咯烷酮NMP)中，在190℃的条件下聚合反应12h，然后加入催化剂异喹啉(摩尔数为二酐摩尔数的5％)，继续在190℃的条件下聚合反应24h，然后冷却至室温，将溶液倒入去离子水中沉淀，过滤干燥后得到热塑性聚酰亚胺粉体。
实施例1
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.5GPa，模量80GPa，伸长率3.5％)作为纬向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向，采取平纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在180g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布经过热辊(80℃)与环氧树脂胶膜充分浸润得到纤维布预浸料，上胶量为120g/m2；
(3)将步骤(2)得到的预浸料铺层(20层)，然后放入模具中，使用真空袋预成型之后，在6MPa的压力下，100℃预固化3h，180℃固化3h后成型得到复合材料S1。
实施例2
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.8GPa，模量110GPa，伸长率3.0％)作为纬向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向，采取平纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在180g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布经过热辊(80℃)与环氧树脂胶膜充分浸润得到纤维布预浸料，上胶量为120g/m2；
(3)将步骤(2)得到的预浸料铺层(20层)，然后放入模具中，使用真空袋预成型之后，在6MPa大气压下，100℃预固化3小时，180℃固化3小时后成型得到复合材料S2。
实施例3
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度3.5GPa，模量140GPa，伸长率2.2％)作为纬向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向，采取平纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在180g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布经过热辊(80℃)与环氧树脂胶膜充分浸润得到纤维布预浸料，上胶量为120g/m2；
(3)将步骤(2)得到的预浸料铺层(20层)，然后放入模具中，使用真空袋预成型之后，在6MPa大气压下，100℃预固化3小时，180℃固化3小时后成型得到复合材料S3。
实施例4
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.5GPa，模量80GPa，伸长率3.5％)作为纬向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向，采取斜纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在180g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布在40℃的条件下经过制备例(1)中所述的热固性聚酰亚胺树脂溶液胶槽，然后经120℃干燥除去部分溶剂得到预浸料，上胶量为140g/m2；
(3)将步骤(2)得到的预浸料铺层(20层)，然后放入模具中，在真空条件下经220℃反应1h，然后升温至280℃，加压2MPa，热压1h，然后升温至370℃，加压3MPa，热压2h，成型得到复合材料S4。
实施例5
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.8GPa，模量110GPa，伸长率3.0％)作为纬向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向，采取斜纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在180g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布在40℃的条件下经过制备例(1)中所述的热固性聚酰亚胺树脂溶液胶槽，然后经120℃干燥除去部分溶剂得到预浸料，上胶量为140g/m2；
(3)将步骤(2)得到的预浸料铺层(20层)，然后放入模具中，在真空条件下经220℃反应1h，然后升温至280℃，加压2MPa，热压1h，然后升温至370℃，加压3MPa，热压2h，成型得到复合材料S5。
实施例6
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度3.5GPa，模量140GPa，伸长率2.2％)作为纬向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向，采取斜纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在180g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布在40℃的条件下经过制备例(1)中所述的热固性聚酰亚胺树脂溶液胶槽，然后经120℃干燥除去部分溶剂得到预浸料，上胶量为140g/m2：
(3)将步骤(2)得到的预浸料铺层(20层)，然后放入模具中，在真空条件下经220℃反应1h，然后升温至280℃，加压2MPa，热压1h，然后升温至370℃，加压3MPa，热压2h，成型得到复合材料S6。
实施例7
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.8GPa，模量110GPa，伸长率3.0％)作为纬向和部分径向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向和部分纬向，采取平纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在170g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布铺层(30层)置于RTM成型模具中，向模具中注入环氧树脂，注胶温度70℃抽真空使树脂流体与纤维布充分浸润并充满模腔，然后105℃预固化3小时，185℃固化3小时，得到复合材料S7；
实施例8
(1)取丝束为1K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.8GPa，模量110GPa，伸长率3.0％)作为纬向和部分径向，取丝束3K的T300碳纤维作为径向和部分纬向，采取平纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在190g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布铺层(30层)置于RTM成型模具中，向模具中注入环氧树脂，注胶温度70℃抽真空使树脂流体与纤维布充分浸润并充满模腔，然后105℃预固化3小时，185℃固化3小时，得到复合材料S8；
实施例9
(1)取丝束为3K的高性能聚酰亚胺纤维(强度2.8GPa，模量110GPa，伸长率3.0％)作为纬向和部分径向，取丝束1K的T300碳纤维作为径向和部分纬向，采取平纹编织的工艺得到二者混杂的纤维布，纤维布的面密度在150g/m2；
(2)将步骤(1)得到的纤维布铺层(30层)置于RTM成型模具中，向模具中注入环氧树脂，注胶温度70℃抽真空使树脂流体与纤维布充分浸润并充满模腔，然后105℃预固化3小时，185℃固化3小时，得到复合材料S9。
对比例1
采用实施例1的方法制备复合材料D1，不同的是纤维布为T300级碳纤维平纹编织布，面密度为200g/m2，上胶量为140g/m2。
对比例2
采用实施例4的方法制备复合材料D2，不同的是纤维布为T300级碳纤维斜纹编织布，面密度为200g/m2，上胶量为160g/m2。
对比例3
采用实施例1的方法制备复合材料D3，不同的是选择力学性能相近的芳纶纤维代替聚酰亚胺纤维。
对比例4
采用实施例4的方法制备复合材料D4，不同的是选择力学性能相近的芳纶纤维代替聚酰亚胺纤维。由于芳纶纤维在高温热压时失效，复合材料成型效果不佳，未对该对比例进行测试。
测试例
对制备的复合材料进行层间断裂韧性和弯曲性能以及热性能等测定。测定结果见表1。
表1.
由实施例1-3与对比例1可以看出，聚酰亚胺纤维的加入能够明显提升碳纤维/环氧复合材料的层间断裂韧性。
由实施例4-6与对比例2可以看出，聚酰亚胺纤维的加入能够明显提升碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料的层间断裂韧性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料，其特征在于，采用碳纤维与聚酰亚胺纤维通过混编或混纺的方式得到二者的混杂织物，然后与树脂和填料复合，最终固化成型得到复合材料；其中，所述聚酰亚胺纤维选自高强高模型聚酰亚胺纤维，纤维的强度大于1.5GPa，模量大于80GPa，断裂伸长率大于2％，玻璃化温度大于250℃，空气气氛下10wt％热分解温度大于500℃，300℃高温处理100h后强度保持率大于85％，回潮率小于2％；所述复合材料的弯曲强度大于650MPa，弯曲模量大于40GPa，层间断裂韧性大于等于0.45kJ·m-2，空气气氛条件下5wt％热分解温度大于210℃。
2.根据权利要求1所述的复合材料，所述聚酰亚胺纤维占混杂织物的体积分数在1％-99％之间。
3.根据权利要求1所述的复合材料，所述树脂选自环氧树脂、不饱和树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚甲醛树脂、氯化聚氯乙烯树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、光固化树脂、低聚物树脂之中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的复合材料，纤维部分占复合材料的体积分数在10％-90％之间。
5.一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将碳纤维与聚酰亚胺纤维通过混纺得到混杂纱线，然后经编织机得到二维或三维织物，聚酰亚胺纤维所占的体积分数在1％-99％之间；
(2)将碳纤维与聚酰亚胺纤维通过混编的方式，得到碳纤维作为经线、聚酰亚胺纤维作为纬线，或聚酰亚胺纤维作为经线、碳纤维作为纬线，或二者共为经线和纬线，或者交替、随机排列方式得到平纹、斜纹或具有特定形状的二维平面或三维立体织物，聚酰亚胺纤维所占的体积分数在1％-99％之间；
(3)将步骤(1)或步骤(2)得到的混杂织物与树脂和填料通过湿法浸胶或干法浸胶得到预浸料然后铺层得到预成型件，或通过树脂传递模塑的工艺得到预成型件，然后在一定的温度和压力下固化成型；所述复合材料的弯曲强度大于650MPa，弯曲模量大于40GPa，层间断裂韧性大于等于0.45kJ·m-2，空气气氛条件下5wt％热分解温度大于210℃。
6.根据权利要求5所述的制备方法，所述碳纤维为T300级以上碳纤维，所述聚酰亚胺纤维为高强高模聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺纤维的强度大于1.5GPa，模量大于80GPa，断裂伸长率大于2％，玻璃化温度大于250℃，空气气氛下10wt％热分解温度大于500℃，300℃高温处理100h后强度保持率大于85％，回潮率小于2％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，步骤(3)中复合材料中纤维的体积分数在10％-90％之间。
8.根据权利要求5所述的制备方法，步骤(3)中成型压力大于0.1MPa，温度在100-400℃之间，时间在0.1-24h之间。
9.根据权利要求5所述的制备方法，所述复合材料成型时还包括填料，所述填料选自金属粉末、金属氧化物、钛酸钡、碳纳米管、石墨烯、石墨、金属纤维、无机纤维、二硫化钼、橡胶颗粒、二氧化硅、海泡石、阻燃剂、光亮剂、荧光剂中的一种或多种。
10.一种权利要求1-4任一项所述的复合材料的应用，其特征在于，将其应用于防弹衣、防弹提包、防弹装甲、防弹护板、防弹头盔、防撞墙、防撞护板、保险杠、刹车片、砂轮、以及用于建筑物的增强、补强和加固。
CN201610838851.2A 2016-09-02 2016-09-02 一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法 Active CN107793700B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610838851.2A CN107793700B (zh) 2016-09-02 2016-09-02 一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610838851.2A CN107793700B (zh) 2016-09-02 2016-09-02 一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107793700A CN107793700A (zh) 2018-03-13
CN107793700B true CN107793700B (zh) 2019-11-26

Family

ID=61530160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610838851.2A Active CN107793700B (zh) 2016-09-02 2016-09-02 一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107793700B (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108673984B (zh) * 2018-03-30 2021-06-22 北京普诺泰新材料科技有限公司 一种防弹复合材料及其制备方法和应用
CN110509573A (zh) * 2018-05-22 2019-11-29 广东众森实业发展有限公司 保险杠的成型方法
CN109278318A (zh) * 2018-08-31 2019-01-29 武汉纺织大学 一种碳纤维织物增强尼龙复合材料的制备方法
CN109878108B (zh) * 2019-02-11 2021-07-30 新誉集团有限公司 大尺度异形构件及其制备方法
CN110145967B (zh) * 2019-04-19 2021-10-26 济南英维新材料科技合伙企业(有限合伙) 一种防弹头盔用镂空式内衬及其应用
CN112280328B (zh) * 2019-07-24 2022-07-12 中国航发商用航空发动机有限责任公司 发动机风扇包容机匣及其制备方法
CN110845826A (zh) * 2019-11-15 2020-02-28 北京航空航天大学 一种基于天然蚕丝的抗冲击混杂纤维复合材料的制备方法
CN111013249B (zh) * 2019-12-26 2022-01-28 山东国大黄金股份有限公司 一种碳纤维复合纤维滤网
CN111320841B (zh) * 2020-01-08 2022-08-26 浙江宝旌炭材料有限公司 一种芳纶纤维/碳纳米管复合增强碳纤维树脂预浸料
CN111361177A (zh) * 2020-04-10 2020-07-03 河南流量新材料有限公司 一种碳纤维螺旋桨表面光滑度的控制工艺
CN111303620A (zh) * 2020-04-14 2020-06-19 山东宽原新材料科技有限公司 一种基于热塑性复合材料的汽车保险杠
CN111979629B (zh) * 2020-07-13 2023-08-25 安徽宜民服饰股份有限公司 特种服装专用碳纤维面料的加工方法
CN111690262B (zh) * 2020-07-20 2021-03-30 吉林大学 一种导热填料接枝聚芳醚-聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN114407261A (zh) * 2021-12-29 2022-04-29 华泰汽车配件工业（南平）有限公司 一种刹车片预成型工艺
CN114479462A (zh) * 2021-12-30 2022-05-13 昆山科运新型工程材料科技有限公司 一种玻纤/聚酰亚胺纤维复合增强高分子合金的制备方法及其产品
CN114702822A (zh) * 2022-03-02 2022-07-05 西北工业大学 一种芳纶/碳纤维混编两向织物增强湿式摩擦材料及制备方法
CN114672164A (zh) * 2022-03-02 2022-06-28 西北工业大学 一种芳纶纤维织物增强湿式摩擦材料及制备方法
CN114932735A (zh) * 2022-05-19 2022-08-23 江苏先诺新材料科技有限公司 一种按模量匹配设计的防弹复合材料及其制备方法
CN114957989B (zh) * 2022-05-19 2024-02-27 江苏先诺新材料科技有限公司 一种防弹复合材料及其制备方法
CN116968217B (zh) * 2023-07-10 2024-03-19 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 一种聚芳酯纤维预浸料的制备方法及防弹头盔

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101845166B (zh) * 2010-05-06 2013-04-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 热固性混杂织物复合材料及其制备方法和应用
JP5723505B2 (ja) * 2011-03-31 2015-05-27 東邦テナックス株式会社 樹脂組成物、硬化物、プリプレグ、および繊維強化複合材料
CN103205004A (zh) * 2013-04-02 2013-07-17 天津顺御科技有限公司 一种复合材料型材及其制备方法与在制备太阳能光伏组件中的应用
CN104726967A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 北京化工大学 一种聚酰胺酸/聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107793700A (zh) 2018-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107793700B (zh) 一种碳纤维/聚酰亚胺纤维混杂织物作为增强主体的复合材料及其制备方法
Park et al. Element and processing
Park Carbon fibers
CN101007443B (zh) 纳米纤维增韧碳纤维树脂基复合材料的制备方法
Masuelli Introduction of fibre-reinforced polymers− polymers and composites: concepts, properties and processes
EP0981427B1 (en) Preforms for moulding process and resins therefor
KR20170087450A (ko) 적층체, 일체화 성형품, 그것의 제조 방법
CN102417691B (zh) 一种dopo阻燃改性的天然纤维增强酚醛树脂复合材料的制备方法
CN102443873B (zh) 一种芳香族共聚酯液晶纤维及其制备方法
CN110590386B (zh) 一种碳纤维混杂保护方法及其耐烧蚀复合材料制备
TWI798298B (zh) 預浸料及其製造方法及纖維強化複合材料之製造方法
CN102617984A (zh) 一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料
CN103304999B (zh) 氰酸酯树脂/含金属铝或钛的倍半硅氧烷组合物
CN103665863A (zh) 含双塔型环氧倍半硅氧烷的热固性树脂组合物
CN105367793A (zh) 具有优异空间环境特性的氰酸酯树脂预聚体、预浸料及其制备方法和应用
CN103319890A (zh) 聚酰亚胺纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法
CN104387719A (zh) 纤维增强酚醛树脂基复合材料及其制备方法
CN103724933A (zh) 一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法
CN102321977A (zh) 一种界面增容、阻燃的植物纤维增强织物的处理方法
CN108794943B (zh) 一种耐磨自润滑复合材料及其制备方法和应用
CN108384234B (zh) 一种透波复合材料及其制备方法
Botelho et al. Monitoring of nylon 6, 6/carbon fiber composites processing by X‐ray diffraction and thermal analysis
CN111534093B (zh) 一种聚酰亚胺预浸料、复合材料及其制备方法
CN104177827A (zh) 一种芳砜纶基碳纤维增强复合材料及其制备方法
Wang et al. The aryl-boron phenolic resins with super ablation properties for resin-transfer molding process of three-dimensional fabric

Legal Events

Date Code Title Description
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Chen Jinmei

Document name: Notification of Acceptance of Patent Application

PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant