CN113652086B - 一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。本发明提供的新型聚芳醚砜树脂可溶解于醇、酮类溶剂制成树脂溶液，通过溶液法浸润纤维织物制备复合材料，解决了基体树脂无法充分浸润纤维的技术问题，同时所述溶剂沸点高，微溶或不溶于水，克服了传统极性溶剂易吸湿、易挥发等问题，树脂胶液在工艺温度下浓度稳定，保证了纤维上胶的均匀性，经热烘道去除溶剂得到预浸料片材，按铺层方式堆叠，高温模压得到复合材料制件。本发明提供的聚芳醚砜复合材料制造成本低，力学性能良好，尺寸稳定性高，适合在民用复合材料领域的推广应用。

Description

一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。
背景技术
纤维增强热塑性复合材料具有比强度、比刚度高、可多次快速成型、耐腐蚀、预浸料存贮时间长，可回收利用等特点，已经广泛地应用于航空航天等现代高科技领域，近年来逐渐向民用领域推广。纤维织物的铺层方式可设计性强，能减少铺贴次数，节约成本，力学性能良好，复合材料更适用于民品领域。但是经过编织的纤维织物不附加定型剂时并不牢固，在压力作用下易发生滑移变形，破坏了原有的铺层方式，影响复合材料力学性能。
目前应用广泛的高性能热塑性树脂主要为PES、PEI、PPS、PEEK等，采用熔融法浸渍纤维织物，尤其是织物面密度很高时，树脂很难浸润到内部纤维，并且熔融浸渍需要对纤维布预先高温处理，去除纤维上浆剂，这会使纤维毛丝率升高，损伤纤维性能。传统的溶液法相比熔融法在浸渍纤维织物上更具优势，技术成熟度更高，制造成本较低，但是可溶解热塑性树脂的溶剂一般是氯仿、N,N-二甲基甲酰胺类的易挥发或易吸湿的极性溶剂，随着树脂胶液的不断消耗，剩余树脂胶液浓度很难与初期保持一致，会影响复合材料制备工艺的整体稳定性。专利ZL201710226765.0公开了纤维织物增强含杂萘联苯结构邻苯二甲腈共混树脂基复合层压板及其制备方法，有机溶剂为NMP、DMAC等吸湿性溶剂，采用烘干通道温度100～200℃，烘干时间8～12h的方式去除溶剂，增加了时间成本，生产效率低，很难进行大规模生产。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料及其制备方法，复合材料制备工艺成本较低、可连续稳定运行，便于规模化生产。
一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料，该复合材料按如下体积百分比组成：
纤维织物：40～70％，
聚芳醚砜树脂：30～60％；
所述纤维织物为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布、玄武岩纤维布中的一种；
所述聚芳醚砜树脂的结构如下：
Figure BDA0002488869610000021
其中，-Ar-为
Figure BDA0002488869610000022
中的一种或几种，m>0,n＞0，m+n＝1。
上述的纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的制备方法，步骤如下：
将所述聚芳醚砜树脂溶解在高沸点有机溶剂中，配制成质量浓度为15％～35％的树脂溶液，将纤维织物浸入树脂溶液中，使纤维织物的表面浸渍树脂溶液，通过热烘道去除溶剂，所述热烘道温度为150℃～250℃，烘干时间为30min～60min，得到预浸料片材；按铺层方式将预浸料片材进行堆叠，在330～380℃高温、5～20MPa压力下保温20～40min，获得所述纤维织物增强聚芳醚砜复合材料；
其中，所述高沸点有机溶剂为高沸点醇、酮类有机溶剂，沸点高于150℃。
基于以上技术方案，优选的，所述纤维织物浸渍在树脂溶液中的时间为4～10min。
基于以上技术方案，优选的，所述高沸点醇、酮类有机溶剂为苯乙酮、环己酮、苯甲醇中的一种。
本发明的有益效果；本发明提供的新型聚芳醚砜树脂力学性能优异、尺寸稳定性好，耐腐蚀，可溶解在高沸点的醇、酮类有机溶剂中制成树脂溶液，通过溶液法浸润纤维织物制备复合材料，解决了基体树脂无法充分浸润纤维的技术问题，同时所述溶剂沸点高，微溶或不溶于水，避免了传统极性溶剂易吸湿、易挥发等问题，树脂胶液在工艺温度下浓度稳定，保证了纤维上胶的均匀性。树脂胶液在工艺温度下粘度低，可充分浸润纤维织物，获得良好的浸润效果，经热烘道去除溶剂得到预浸料片材，按铺层方式堆叠，通过高温模压制备纤维织物增强聚芳醚砜复合材料。本发明提供的纤维织物增强聚芳醚砜复合材料制造成本低，力学性能良好，热学性能良好(尺寸稳定性高)，适合在民用复合材料领域的推广应用。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
将聚芳醚砜树脂溶解于苯甲醇中，配置成质量浓度为20％的溶液倒入浸胶槽，将面密度为380g/m2、宽幅为1m的玄武岩纤维布通过胶槽浸渍6min，经刮胶辊去除多余胶液，热烘道180℃/15min+220℃/15min+250℃/20min去除溶剂得到预浸料片材。将预浸料片材按模具尺寸裁剪，6层堆叠放入模具中，热压机缓慢升温到350℃，10MPa压力下保压20min，获得纤维织物增强聚芳醚砜复合材料层合板，纤维织物体积分数为65％。纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的拉伸强度为683MPa(测试标准GB/T 3354-2014)，Tg＝246℃。聚芳醚砜树脂结构如下所示：m＝0.6，n＝0.4
Figure BDA0002488869610000041
实施例2
将聚芳醚砜树脂溶解于苯乙酮中，配置成质量浓度为35％的溶液倒入浸胶槽，将面密度260g/m2、宽幅为80cm的玻璃纤维布通过胶槽浸渍10min，经刮胶辊去除多余胶液，热烘道180℃/10min+210℃/10min+250℃/20min去除溶剂得到预浸料片材。将预浸料片材按模具尺寸裁剪，10层堆叠放入模具中，热压机缓慢升温到360℃，8MPa压力下保压30min获得纤维织物增强聚芳醚砜复合材料层合板，纤维织物体积分数为40％。纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的拉伸强度为479MPa(测试标准GB/T 3354-2014)，Tg＝251℃。聚芳醚砜树脂结构如下所示：m＝0.5，n＝0.5
Figure BDA0002488869610000042
实施例3
将聚芳醚砜树脂溶解于环己酮中，配置成质量浓度为25％的溶液倒入浸胶槽，将面密度160g/m2、宽幅为1m的碳纤维布通过胶槽浸渍8min，经刮胶辊去除多余胶液，热烘道160℃/10min+200℃/10min+250℃/10min去除溶剂得到预浸料片材。将预浸料片材按模具尺寸裁剪，16层堆叠放入模具中，热压机缓慢升温到380℃，15MPa压力下保压40min获得纤维织物增强聚芳醚砜复合材料层合板，纤维织物体积分数为60％。纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的拉伸强958MPa(测试标准GB/T 3354-2014)，Tg＝249℃。聚芳醚砜树脂结构如下所示：m＝0.3，n＝0.7
Figure BDA0002488869610000051
实施例4
将聚芳醚砜树脂溶解于苯甲醇中，配置成质量浓度为15％的溶液倒入浸胶槽，将面密度280g/m2、宽幅为1m芳纶纤维布通过胶槽浸渍4min，经刮胶辊去除多余胶液，热烘道200℃/20min+230℃/20min+250℃/20min去除溶剂得到预浸料片材。将预浸料片材按模具尺寸裁剪，8层堆叠放入模具中，热压机缓慢升温到380℃，5MPa压力下保压30min获得纤维织物增强聚芳醚砜复合材料层合板，纤维织物体积分数为70％。纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的拉伸强度为726MPa(测试标准GB/T 3354-2014)，Tg＝246℃。聚芳醚砜树脂结构如下所示：m＝0.3，n＝0.7
Figure BDA0002488869610000052

Claims (4)

1.一种纤维织物增强聚芳醚砜复合材料，其特征在于，所述复合材料按如下体积百分比组成：
纤维织物：40～70％，
聚芳醚砜树脂：30～60％；
所述纤维织物为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布、玄武岩纤维布中的一种；
所述聚芳醚砜树脂的结构如下：
Figure FDA0002488869600000011
其中，-Ar-为
Figure FDA0002488869600000012
中的一种或几种，m>0,n＞0，m+n＝1。
2.权利要求1所述的纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将所述聚芳醚砜树脂溶解在高沸点有机溶剂中，配制成质量浓度为15％～35％的树脂溶液，将纤维织物浸入树脂溶液中，通过热烘道去除溶剂，所述热烘道温度为150℃～250℃，烘干时间为30min～60min，得到预浸料片材；按铺层方式将预浸料片材进行堆叠，在330～380℃、5～20MPa压力下保温20～40min，获得所述纤维织物增强聚芳醚砜复合材料；
其中，所述高沸点有机溶剂为高沸点醇、酮类有机溶剂，沸点高于150℃。
3.根据权利要求2所述的纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的制备方法，其特征在于，所述高沸点醇、酮类有机溶剂为苯乙酮、环己酮、苯甲醇中的一种。
4.根据权利要求2所述的纤维织物增强聚芳醚砜复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维织物浸渍在树脂溶液中的时间为4～10min。
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