CN118063821A - 一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法 - Google Patents
一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118063821A CN118063821A CN202410210271.3A CN202410210271A CN118063821A CN 118063821 A CN118063821 A CN 118063821A CN 202410210271 A CN202410210271 A CN 202410210271A CN 118063821 A CN118063821 A CN 118063821A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- toughening
- resin
- prepreg
- particles
- polyaryletherketone
- 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.)
- Pending
Links
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 66
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 66
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 46
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 43
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 13
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 7
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 5
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 5
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 5
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 5
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 4
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 3
- 229920006162 poly(etherimide sulfone) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 2
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims 1
- -1 poly (arylene ether ketone Chemical class 0.000 claims 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims 1
- 229940083575 sodium dodecyl sulfate Drugs 0.000 claims 1
- 235000019333 sodium laurylsulphate Nutrition 0.000 claims 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 11
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 9
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000011199 continuous fiber reinforced thermoplastic Substances 0.000 description 3
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 3
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 2
- 229920004695 VICTREX™ PEEK Polymers 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000005576 amination reaction Methods 0.000 description 2
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 4-Aminophenyl ether Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1 HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001370 static light scattering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高层间韧性的连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法，在粉末浸渍法制备连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料的制备过程中，通过粉末共混的方法加入纳米粒子等增韧颗粒，提高了预浸料及复合材料的层间韧性，有利于制备出高质量的聚芳醚酮复合材料。本发明通过粉末浸渍法制备出的高层间韧性预浸料，其面密度在150‑400g/m2，使用该预浸料制备出的复合材料层间剪切强度和I型层间断裂韧性可得到明显提升。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法。所述预浸料具有高层间韧性。
背景技术
连续纤维增强热塑性复合材料具有抗冲击性强、损伤容限高、低吸湿、耐腐蚀、成型周期短、可二次加工等独特优势。连续纤维增强热塑性预浸料作为连续纤维增强热塑性复合材料制备过程中的中间产品，可以借鉴热固性预浸料的制备方式，采用热熔浸渍法、溶液浸渍法等方式进行制备。
高性能聚芳醚酮通常熔点高、熔体粘度大、呈化学惰性，纤维增强聚芳醚酮预浸料的制备面临着树脂浸渍不充分、加工温度高、纤维与树脂基体界面结合有待提高等问题，导致制得的复合材料性能尚未达到其理论值。针对热塑性聚芳醚酮制备困难等问题，可以通过树脂改性等方式降低树脂粘度，从而降低树脂浸渍纤维的难度；也可以将树脂制备成一定粒径的粉末，而后将树脂粉末分散在纤维束中，缩短树脂浸渍纤维束所需的流动距离。
此外，复合材料是一种各向异性材料，其层间性能远弱于面内性能。为了提高复合材料的层间韧性，通常需要对复合材料进行改性等处理。传统的复合材料层间增韧方式包括在树脂中加入纳米粒子等增韧颗粒、在铺层间增加高韧性树脂膜、使用Z-pin技术等。但是，考虑到聚芳醚酮的加工特性，这些增韧方式在加工过程中存在一定的问题，并不适用于制备纤维增强聚芳醚酮复合材料。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法，不仅能够制备浸渍效果良好的连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料，还提高了预浸料及复合材料的层间韧性，有助于实现聚芳醚酮复合材料的高质量成型。
在第一方面中，本发明提供了一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料，其中聚芳醚酮基体中分散有纳米粒子掺杂的增韧树脂。
所述纳米粒子可选自碳纳米管、石墨烯和纳米二氧化硅中的一种或多种。
在本发明的实施方案中，所述增韧树脂可选自聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和聚醚砜中的一种或多种。
所述聚芳醚酮可选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮中的一种或多种。
所述纤维可选自玻璃纤维、碳纤维(CF)或芳纶纤维中的一种或多种。
所述纳米粒子可通过与增韧树脂混合，制备增韧粒子，然后将增韧粒子与聚芳醚酮树脂通过浸渍施加到纤维上而引入预浸料中；或者可通过化学反应的方式，在纳米粒子表面原位聚合出增韧树脂，得到增韧粒子，然后将增韧粒子与聚芳醚酮树脂通过浸渍施加到纤维上而引入预浸料中。纳米粒子与增韧树脂的混合可通过将增韧树脂溶于溶剂中，配制成溶液，并在溶液中加入纳米粒子并搅拌分散均匀，通过喷雾干燥或乳化-溶剂挥发法制备纳米粒子掺杂的增韧粒子而进行。增韧粒子的原位聚合可通过如下方式进行：将纳米粒子活化或酸化，然后加入增韧树脂的单体，原位反应，从而制备纳米粒子掺杂的增韧粒子。纳米粒子的酸化或活化可通过本领域已知的方法进行。例如通过硝酸等对纳米粒子进行酸氧化，引入羧基等官能团，还可进一步通过酰化-胺化反应引入氨基官能团。纳米粒子与增韧树脂的重量比可为0.1-1000，优选为0.5-500。
在本发明的预浸料中，连续纤维的质量分数为30-75％，优选为50-65％，更优选为55-60％；聚芳醚酮的质量分数为30-70％，优选为35-50％，更优选为40-45％；增韧树脂的质量分数为0-5％，优选为1-3％，更优选为1.5-2.5％；纳米粒子的质量分数为0.001-1％，优选为0.01-0.5％，更优选为0.05-0.2％。在每种情况下，基于预浸料的总重量。
在本发明的第二方面中，本发明提供了一种制备连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料的方法，包括以下步骤：
步骤一：将增韧树脂溶于溶剂中，配制成溶液，并在溶液中加入纳米粒子并搅拌分散均匀，通过喷雾干燥或乳化-溶剂挥发法制备纳米粒子掺杂的增韧粒子；或者，将纳米粒子活化或酸化以增加表面活性官能团，然后加入增韧树脂的单体，原位反应，从而制备纳米粒子掺杂的增韧粒子；
步骤二：将聚芳醚酮树脂粉末与增韧粒子混合，加入分散剂水溶液，分散搅拌，得到混合均匀的悬浮液；
步骤三：将悬浮液倒入湿法预浸机的浸胶槽中，使纤维经过浸胶槽，并缠绕于滚筒上，
步骤四：将滚筒上经树脂粉末浸渍的纤维布取下，干燥以去除水分，而后继续升温并施加压力，使树脂熔融得到连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料。
优选地，步骤一中选取的增韧树脂可为聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜中的一种或多种；溶剂可为二氯甲烷、三氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺以及二甲基亚砜中的一种或多种；纳米粒子可为碳纳米管、石墨烯或纳米二氧化硅中的一种或多种。
需要说明的是，步骤一中选取的纳米粒子可以通过酸化、活化等反应增加表面活性官能团，而后通在纳米离子表面进行原位聚合的方法合成增韧树脂，得到混合溶液。纳米粒子的酸化或活化可通过本领域已知的方法进行。例如通过硝酸等对纳米粒子进行酸氧化，引入羧基等官能团，还可进一步通过酰化-胺化反应引入氨基官能团。当通过原位聚合形成纳米粒子掺杂的增韧粒子时，由于合成得到的树脂通常为不规则颗粒状或块状，无法与聚醚醚酮粉末混合制备成均匀的粉末悬浮液，通常需要将其制备成特定粒径的粉末，以实现下一步悬浮液的制备。特定粒径的粉末可通过喷雾干燥或乳化-溶剂挥发法制备。喷雾干燥或乳化-溶剂挥发法的具体操作和条件见下文。
优选地，步骤一中增韧树脂与纳米粒子的比例为0.1-1000，优选为0.5-500。
优选地，步骤一中喷雾干燥法制备增韧粒子的溶液浓度为1-20重量％，使用乳化-溶剂挥发法制备增韧粒子的溶液浓度为5-12重量％。
使用喷雾干燥制备增韧粒子时，进风温度为150-300℃，出风温度为60-180℃，进料量为1-50ml/min，气流量为30-80L/min；使用乳化-溶剂挥发法制备增韧粒子时，需要配制含有分散剂和任选的消泡剂的水溶液并高速搅拌(例如为1000-8000r/min)，将纳米粒子以及增韧树脂分散在溶剂中，然后倒入所述水溶液中，而后逐步升温，在50-80℃下保温1-10h后过滤并洗涤，从而得到增韧粒子。当乳化-溶剂挥发法制备增韧粒子时，所用的分散剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、曲拉通、聚乙二醇中的一种或多种。所用的消泡剂可为聚醚类、有机硅类或聚醚改性硅类消泡剂中的一种或多种。分散剂的用量可为0.1-5％，消泡剂的用量可为0.1-1％，基于溶液的总重量。
步骤一中得到的纳米粒子掺杂的增韧粒子可具有0.1-80μm，优选为0.5-50μm，更优选为2-30μm的平均粒径，通过动态光散射或静态光散射测量。
优选地，步骤二中使用的聚芳醚酮可为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮中的一种或多种。步骤二中使用的分散剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、曲拉通、聚乙二醇中的一种或多种。
优选地，步骤二中选用的聚芳醚酮树脂粉末的粒径在3-30μm之间，增韧粒子的粒径与聚芳醚酮树脂粉末粒径相当。
优选地，步骤二中配制的树脂粉末悬浮液的固含量可为10-40重量％，分散剂的添加量为0.2-2％(基于悬浮液的总重量)。分散搅拌时间可为10-60min。步骤二中的搅拌可在超声辅助下进行。超声功率可为500W～3000W。
优选地，步骤三中的纱距为1-8mm，牵引速度为0.6-10m/min。
优选地，步骤四中去除水分所用的干燥温度可为120-200℃，干燥时间可为15-180min，树脂熔融所用的温度可为300-380℃，保温时间可为5-30min，压力为0.1-5MPa。
本发明的预浸料可用于制备连续纤维增强的聚芳醚酮复合材料。复合材料的制备可通过模压成型制备。模压成型的工艺和条件是本领域技术人员所已知的，例如将本发明的预浸料裁剪成适当的尺寸，铺层，然后在250-450℃的温度和0.5-10MPa的压力下在模具中压制0.1-10小时。
本发明提供了一种高层间韧性的连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法，在粉末浸渍法制备连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料的制备过程中，通过粉末共混的方法加入包含纳米粒子的增韧颗粒，提高了预浸料及复合材料的层间韧性，有利于制备出高质量的聚芳醚酮复合材料。
本发明技术方案的优点和特点的总结如下：
1、本发明通过制备增韧粒子，然后将制得的增韧粒子与聚芳醚酮树脂粉末在水溶液中进行物理混合，不仅能够通过简便高效的手段实现增韧粒子的均匀分散，又避免了熔融共混对树脂的热损伤以及树脂熔体粘度过高、增韧粒子不容易分散均匀等问题。
2、在聚芳醚酮预浸料制备阶段直接加入增韧粒子，可直接提高制得的复合材料的层间韧性，无需在复合材料成型阶段采取其他的增韧手段，避免了对复合材料面内性能的损伤。
3、本发明采用湿法粉末预浸方式制备预浸料，预浸料制备过程中所用的溶剂为水，对环境无污染，且对设备要求较低，具有较高的实用性。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
在实施例中，弯曲强度根据ASTM D7264标准测量，短梁剪切强度根据ASTM D2344标准测量，GIc起始值和扩展值根据ASTM D5528标准测量。
实施例1
制备高层间韧性的连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料的步骤如下：
步骤一：称取0.5g氨基化碳纳米管(XFM03，江苏先丰纳米材料科技有限公司)，放入300g NMP中均匀分散，而后加入12g 4,4'-二氨基二苯醚(ODA)，待其完全溶解后加入35g双酚A型二醚二酐(BPADA)，并在室温下搅拌12h，而后加入20mL甲苯并在180℃下搅拌12h，将反应产物倒入无水乙醇中并多次清洗，得到掺杂有纳米粒子的增韧树脂。
步骤二：将30g掺杂有纳米粒子的增韧树脂分散在270g二氯甲烷中，而后配制含有1％十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的水溶液，将增韧树脂分散体倒入水溶液中，在室温下使用高速搅拌器以3000r/min的速率搅拌3h，后转移至60℃水浴中继续搅拌1h，而后过滤并洗涤，得到粒径为18μm的掺杂有纳米粒子的增韧树脂粉末。
步骤三：将10g掺杂有纳米粒子的增韧树脂粉末与190g粒径为20μm的聚醚醚酮树脂(Victrex 150XF，英国威格斯)粉末倒入800g含有1％曲拉通及1％聚乙二醇(分子量100000)的水溶液中，搅拌并超声(超声功率为800W)分散1h，得到分散均匀且稳定的树脂粉末悬浮液；
步骤四：使用树脂粉末悬浮液对T700 SC碳纤维(日本东丽)进行浸渍，预浸机带距设置为6mm，带速为5m/min，预浸完成后将单向带取下并裁剪至合适尺寸，在0.5MPa压力下，200℃保温120min，340℃保温30min，得到面密度为200g/m2的预浸料。
步骤五：将预浸料在390℃、2MPa的条件下进行模压成型，得到的复合材料纤维质量分数为45％，弯曲强度达到1682MPa，短梁剪切强度达到89MPa，GIc起始值为1132J/m2，GIc扩展值为1623J/m2。
实施例2
步骤1：称取0.2g氧化石墨烯(先丰纳米，TNM03)，倒入180g二氯甲烷中，搅拌2h使氧化石墨烯均匀分散，而后加入20g聚醚砜(上海易恩化学技术有限公司)，搅拌并使其溶解，得到混合均匀的分散体。
步骤二：使用喷雾干燥塔制备掺杂有纳米粒子的增韧树脂粉末，其中喷雾塔的进风温度为150℃，出风温度为80℃，进料速度为30ml/min，气流量为50L/min，制得的掺杂有纳米粒子的增韧树脂粉末的粒径为9μm。
步骤三：将5g掺杂有纳米粒子的增韧树脂粉末与195g粒径为12μm的聚醚酮酮树脂(Victrex 150XF，英国威格斯)粉末倒入1100g含有0.5％曲拉通及0.8％聚乙二醇(分子量100000)的水溶液中，搅拌并超声(超声功率为800W)分散1h，得到分散均匀且稳定的树脂粉末悬浮液；
步骤四：使用树脂粉末悬浮液对T700 SC碳纤维(日本东丽)进行浸渍，预浸机带距设置为6mm，带速为5m/min，预浸完成后将单向带取下并裁剪至合适尺寸，在0.5MPa压力下，180℃保温120min，330℃保温30min，得到面密度为175g/m2的预浸料。
步骤五：将预浸料在390℃、2MPa的条件下进行模压成型，得到的复合材料纤维质量分数为50％，弯曲强度达到1854MPa，短梁剪切强度达到93MPa，GIc起始值为1247J/m2，GIc扩展值为1876J/m2。
对比例
制备方法与实施例1相同，区别在于制备过程中不添加增韧粒子，仅使用聚醚醚酮树脂粉末对碳化硅纤维进行预浸。以上述方法制备得到的复合材料，纤维质量分数为48％，弯曲强度达到1616MPa，短梁剪切强度达到78MPa，GIc起始值为891J/m2，GIc扩展值为1428J/m2。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料，其中聚芳醚酮基体中分散纳米粒子掺杂的增韧树脂。
2.根据权利要求1所述的预浸料，其中：
所述纳米粒子选自碳纳米管、石墨烯和纳米二氧化硅中的一种或多种；和/或
所述聚芳醚酮选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮中的一种或多种；和/或
所述纤维选自玻璃纤维、碳纤维(CF)或芳纶纤维中的一种或多种；和/或
所述增韧树脂选自聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和聚醚砜中的一种或多种。
3.一种制备根据权利要求1或2所述的连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料的方法，包括以下步骤：
步骤一：将增韧树脂溶于溶剂中，配制成溶液，并在溶液中加入纳米粒子并搅拌分散均匀，通过喷雾干燥或乳化-溶剂挥发法制备纳米粒子掺杂的增韧粒子；或者，将纳米粒子活化或酸化以增加表面活性官能团，然后加入增韧树脂的单体，原位反应，从而制备纳米粒子掺杂的增韧粒子；
步骤二：将聚芳醚酮树脂粉末与增韧粒子混合，加入分散剂水溶液，分散搅拌，得到混合均匀的悬浮液；
步骤三：将悬浮液倒入湿法预浸机的浸胶槽中，使纤维经过浸胶槽，并缠绕于滚筒上，
步骤四：将滚筒上经树脂粉末浸渍的纤维布取下，干燥以去除水分，而后继续升温并施加压力，使树脂熔融得到连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料。
4.根据权利要求3所述的方法，步骤一中增韧树脂与纳米粒子的比例为0.1-1000，优选为0.5-500。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中
使用喷雾干燥制备增韧粒子时，进风温度为150-300℃，出风温度为60-180℃，进料量为1-50ml/min，气流量为30-80L/min；
使用乳化-溶剂挥发法制备增韧粒子时，先配制含有分散剂和任选的消泡剂的水溶液并高速搅拌，将纳米粒子以及增韧树脂分散在溶剂中，然后倒入所述水溶液中，而后逐步升温，在50-80℃下保温1-10h后过滤并洗涤，从而得到增韧粒子。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中步骤二中使用的分散剂可为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、曲拉通、聚乙二醇中的一种或多种。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其中步骤二中的增韧粒子的粒径与聚芳醚酮树脂粉末粒径相当。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其中步骤四中的干燥温度可为120-200℃，干燥时间可为15-180min；树脂熔融所用的温度可为300-380℃，保温时间可为5-30min，压力为0.1-5MPa。
9.根据权利要求1或2所述的连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料用于制备制备连续纤维增强的聚芳醚酮复合材料的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其中通过将所述预浸料模压成型而制备复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410210271.3A CN118063821A (zh) | 2024-02-26 | 2024-02-26 | 一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410210271.3A CN118063821A (zh) | 2024-02-26 | 2024-02-26 | 一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118063821A true CN118063821A (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=91100126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410210271.3A Pending CN118063821A (zh) | 2024-02-26 | 2024-02-26 | 一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118063821A (zh) |
-
2024
- 2024-02-26 CN CN202410210271.3A patent/CN118063821A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2906631B1 (en) | Liquid binder composition for binding fibrous materials | |
| KR20160043005A (ko) | 비구형 실리카 나노입자를 함유하는 나노복합재, 복합재, 물품, 및 이의 제조 방법 | |
| TW201343735A (zh) | 複合材料 | |
| CN109280188B (zh) | 连续纤维增强聚芳醚酮单向预浸带及其制备方法 | |
| CN107385920B (zh) | 一种含氧化石墨烯的耐高温碳纤维上浆剂及其制备方法 | |
| CN111057346B (zh) | 一种碳纤维增强的peek单向带及其制备方法 | |
| CN112662010B (zh) | 一种连续碳纳米管纤维增强树脂基复合材料、风电叶片及其制备方法 | |
| JP2013173812A (ja) | プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料 | |
| EP3433299A1 (en) | Composite article from reactive precursor material | |
| CN111057369A (zh) | 一种碳纤维增强聚酰胺复合材料预浸润玄武岩纤维布及其制备方法 | |
| KR101767699B1 (ko) | 엔지니어링 열가소성 물질 중의 다작용기성 첨가제 | |
| JP2012149237A (ja) | 熱硬化性樹脂組成物、プリプレグ、および繊維強化複合材料 | |
| Ma et al. | Improved the surface properties of carbon fiber through hyperbranched polyaryletherketone sizing | |
| CN114634685A (zh) | 微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂及其制备方法 | |
| CN112724601B (zh) | 一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法 | |
| CN113527839A (zh) | 一种高模量纳米杂化树脂及其制备方法 | |
| CN111574953B (zh) | 一种耐高温蜂窝芯条胶、制备方法及其应用 | |
| CN118063821A (zh) | 一种连续纤维增强的聚芳醚酮预浸料及其制备方法 | |
| CN113308088A (zh) | 一种双网络石墨烯环氧复合材料及其制备方法 | |
| EP3719184B1 (en) | Carbon fiber bundle, prepreg, and fiber-reinforced composite material | |
| JP2007169374A (ja) | フラーレン類含有分散液 | |
| CN114276667B (zh) | 一种结晶性聚芳醚酮微球增韧聚芳醚酮材料及其制备方法 | |
| CN115418859A (zh) | 一种纤维用耐高温水分散型聚芳醚酮上浆剂及其上浆制备碳纤维复合材料的方法 | |
| Kuyumcu et al. | Improving the mechanical properties of fiber-reinforced polymer composites through nanocellulose-modified epoxy matrix. | |
| GB2524873A (en) | 4,4' methylene bis anilines as curing agents for epoxy resins |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |