CN212046224U - 一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，由一侧向另一侧依次设置第一热塑性高温热熔基体胶膜层、第一热塑性低温热熔渗透胶膜层、第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、单向排布的碳纤维织物层、第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、第二热塑性低温热熔渗透胶膜层和第二热塑性高温热熔基体胶膜层。以纤维混杂技术为基础，采用多层梯度结构配置，以热熔混杂为主要生产方式，可以有效保证预浸织物的整体稳定性和界面结合力。
Description
技术领域
本实用新型属于碳纤维热塑性预浸织物技术领域，特别涉及一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
碳纤维热塑性预浸织物是一种生产热塑性碳纤维复合材料的中间产品，利用该产品可以较好的控制热塑性复合材料的成型均一性，同时含浸热塑性树脂的预浸织物省去了树脂与纤维的含浸和复合工序，提高了复合材料的生产效率。预浸料的制备目前主要采用乳液浸渍法、热熔含浸法、流化床浸渍法等多种复合方法，不同的预浸织物制备方法各有优势，但是也存在各自的问题，如，采用注射热熔工艺制备的预浸织物设备复杂，所用的能耗较高，生产效率较低，其中预浸织物的热塑性树脂基体与纤维丝束之间的渗透和界面结合问题成为后续复合材料结构整体稳定性和力学性能有效发挥的关键。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物。以纤维混杂技术为基础，采用多层梯度结构配置，以热熔混杂为主要生产方式，可以有效保证预浸织物的整体稳定性和界面结合力。
为解决以上技术问题，本实用新型的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，由一侧向另一侧依次设置第一热塑性高温热熔基体胶膜层、第一热塑性低温热熔渗透胶膜层、第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、单向排布的碳纤维织物层、第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、第二热塑性低温热熔渗透胶膜层和第二热塑性高温热熔基体胶膜层。
与现有技术相比，本实用新型的以上一种或多种实施例的有益效果是：
(1)混合立体编织织物层是采用碳纤维和热塑性热熔纤维混合编织，在热压成型时，热塑性热熔纤维受热熔融，可以有效提高树脂对碳纤维的浸渍效果。
(2)单向排布的碳纤维织物层位于两混合立体编织织物层之间，形成夹芯混合结构，可以显著提高整体结构的层间整体力学特性，不易分层，同时中间单向织物可以提高层面内的拉伸、压缩等力学特性；采用多维度碳纤维织物结构，可以灵活调整和设计预浸织物的整体力学强度和刚度。
(3)在混合立体编织织物层的外侧设置的低温热熔树脂胶膜层在热压时熔融，可渗透在内部多维立体碳纤维织物的内部，保证织物内部界面浸润结合效果。在最外层设置热塑性高温热熔基体胶膜，在最终热塑性预浸织物热压形成复合材料过程中进行熔融渗透，与低温渗透性热塑性树脂相互掺杂，形成热塑性预浸织物整体基体结构；
低熔点胶膜提高层间渗透性，高熔点胶膜提高整体力学特性，两者相互配合，可以综合提高熔融渗透性和整体预浸织物的力学特性。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型实施例中梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物的结构示意图。
其中，1、单向正交排布的碳纤维织物层，2、立体编织织物层，3、夹芯混合结构，4、热塑性低温热熔渗透胶膜层，5、热塑性高温热熔基体胶膜层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，由一侧向另一侧依次设置第一热塑性高温热熔基体胶膜层、第一热塑性低温热熔渗透胶膜层、第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、单向排布的碳纤维织物层、第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、第二热塑性低温热熔渗透胶膜层和第二热塑性高温热熔基体胶膜层。
第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、单向排布的碳纤维织物层、第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层这三层之间可以通过胶膜粘结，以相邻层之间的滑脱。
单向排布的碳纤维织物层可以提高预浸织物整体面内的力学性能。
在一些实施例中，单向排布的碳纤维织物层中碳纤维选自以下碳纤维的一种或多种：T300、T700、T800、T1000、M40、M60、M40J和M60J。
在一些实施例中，单向排布的碳纤维织物层中的单向纤维的排布方式为正交排布、斜交排布、多轴向排布或者准各向同性排布。
进一步的，单向排布的碳纤维织物层中单向排布纤维的层数为1-10层，如可以为1层、2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层。
在一些实施例中，第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层和第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层的立体编织方式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向。
进一步的，其中的碳纤维为选自以下的一种或多种：T300、T700、T800、T1000、M40、M60、M40J、M60J。
进一步的，其中的热熔纤维选自聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚氨酯、聚乙烯或聚烯烃树脂。
更进一步的，热熔纤维与碳纤维的质量比为0.2-0.7:1。
在一些实施例中，热塑性低温热熔渗透胶膜层的材料选自聚乙烯、聚烯烃树脂、聚氨酯或EVA。
进一步的，热塑性低温热熔渗透胶膜层的厚度为0.1-0.9mm。
在一些实施例中，热塑性高温热熔基体胶膜层的材料选自PPS、PET、PEEK、PA或PC。
进一步的，热塑性高温热熔基体胶膜层的厚度为0.1-0.9mm。
根据设计的渗透要求灵活调整，高温热熔基体胶膜贴敷于低温热熔渗透胶膜层的最外部，在最终热塑性预浸织物热压形成复合材料过程中进行熔融渗透，与低温渗透性热塑性树脂相互掺杂，形成热塑性预浸织物整体基体结构。
实施例1
本实用新型提供的一种梯度结构碳纤维热塑性预浸织物布置，具体实施可采用三层结构，如图1所示：最芯部采用立体编织织物层2和单向正交排布的碳纤维织物层1的夹芯混合结构3，其中，最中心的单向正交排布的碳纤维织物层1为T300碳纤维与M60J碳纤维以2:1混杂比例采用正交排布排布的四层结构，在单向正交排布碳纤维织物两侧采用1:6混杂比例的聚烯烃长丝纤维与T1000碳纤维混杂，以三维四向方式形成立体织物结构。
在夹芯混合结构3两侧采用聚乙烯树脂制备0.1mm厚度的热塑性低温热熔渗透胶膜层4，最终热熔温度控制在100-150℃之间。在热塑性低温热熔渗透胶膜层4的两侧最外层制备厚度0.1mm的PPS体系的热塑性高温热熔基体胶膜层5，最终热熔温度控制在180-220℃之间。热塑性高温热熔基体胶膜贴敷于热塑性低温热熔渗透胶膜层的最外部，在最终热塑性预浸织物热压形成复合材料过程中进行熔融渗透，与低温渗透性热塑性树脂相互掺杂，形成热塑性预浸织物整体基体结构。
实施例2
本实用新型提供的一种梯度结构碳纤维热塑性预浸织物布置，具体实施可采用三层结构：芯部采用立体编织织物层和单向正交排布的碳纤维织物层的夹芯混合结构，其中最中心为T800碳纤维与M40碳纤维以1:2混杂比例采用60°斜交排布的四层结构，在单向正交排布碳纤维织物两侧采用1:8混杂比例的聚烯烃长丝纤维与T1000碳纤维混杂，以三维七向方式形成立体织物结构。
在夹芯混合结构两侧采用EVA树脂制备0.5mm厚度的热塑性低温热熔渗透胶膜层，最终热熔温度控制在140-150℃之间。在低温热熔渗透胶膜层的两侧最外层制备厚度0.3mm的PPS体系的高温热熔基体胶膜层，最终热熔温度控制在210-290℃之间。高温热熔基体胶膜贴敷于低温热熔渗透胶膜层的最外部，在最终热塑性预浸织物热压形成复合材料过程中进行熔融渗透，与低温渗透性热塑性树脂相互掺杂，形成热塑性预浸织物整体基体结构。
实施例3
本实用新型提供的一种梯度结构碳纤维热塑性预浸织物布置，具体实施可采用三层结构：最芯部采用立体编织织物层和单向正交排布的碳纤维织物结构的夹芯混合结构，其中，最中心为M40J碳纤维与T300碳纤维以1:3混杂比例采用多轴向排布的6层结构，在单向正交排布碳纤维织物两侧采用1:4混杂比例的聚氨酯长丝纤维与T1000碳纤维混杂，以三维六向方式形成立体织物结构。
在夹芯混合结构两侧采用聚乙烯树脂制备0.25mm厚度的热塑性低温热熔渗透胶膜层，最终热熔温度控制在130-150℃之间。在低温热熔渗透胶膜层的两侧最外层制备厚度0.2mm的PC体系的高温热熔基体胶膜层，最终热熔温度控制在220-240℃之间。高温热熔基体胶膜贴敷于低温热熔渗透胶膜层的最外部，在最终热塑性预浸织物热压形成复合材料过程中进行熔融渗透，与低温渗透性热塑性树脂相互掺杂，形成热塑性预浸织物整体基体结构。
实施例4
本实用新型提供的一种梯度结构碳纤维热塑性预浸织物布置，具体实施可采用三层结构：最芯部采用立体编织织物层和单向正交排布的碳纤维织物结构的夹芯混合结构，其中最中心为T800碳纤维与M60J碳纤维以3:1混杂比例采用0/30/60/90准各向同性排布的四层结构，在单向正交排布碳纤维织物两侧采用1:5混杂比例的聚醚醚酮长丝纤维与T700碳纤维混杂，以三维五向方式形成立体织物结构。
在夹芯混合结构两侧采用EVA树脂制备0.1mm厚度的热塑性低温热熔渗透胶膜层，最终热熔温度控制在130-150℃之间。在低温热熔渗透胶膜层的两侧最外层制备厚度0.7mm的PA体系的高温热熔基体胶膜层，最终热熔温度控制在230-250℃之间。高温热熔基体胶膜贴敷于低温热熔渗透胶膜层的最外部，在最终热塑性预浸织物热压形成复合材料过程中进行熔融渗透，与低温渗透性热塑性树脂相互掺杂，形成热塑性预浸织物整体基体结构。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：由一侧向另一侧依次设置第一热塑性高温热熔基体胶膜层、第一热塑性低温热熔渗透胶膜层、第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、单向排布的碳纤维织物层、第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层、第二热塑性低温热熔渗透胶膜层和第二热塑性高温热熔基体胶膜层。
2.根据权利要求1所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：单向排布的碳纤维织物层中碳纤维选自以下碳纤维的一种：T300、T700、T800、T1000、M40、M60、M40J和M60J。
3.根据权利要求1所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：单向排布的碳纤维织物层中的单向纤维的排布方式为正交排布、斜交排布、多轴向排布或者准各向同性排布。
4.根据权利要求3所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：单向排布的碳纤维织物层中单向排布纤维的层数为1-10层。
5.根据权利要求1所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：第一碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层和第二碳纤维与热塑性热熔纤维混合立体编织织物层的立体编织方式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向。
6.根据权利要求5所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：所述碳纤维为选自以下的一种：T300、T700、T800、T1000、M40、M60、M40J、M60J。
7.根据权利要求5所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：所述热熔纤维选自聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚氨酯、聚乙烯或聚烯烃树脂。
8.根据权利要求1所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：热塑性低温热熔渗透胶膜层的材料选自聚乙烯、聚烯烃树脂、聚氨酯或EVA。
9.根据权利要求8所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：热塑性低温热熔渗透胶膜层的厚度为0.1-0.9mm。
10.根据权利要求1所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：热塑性高温热熔基体胶膜层的材料选自PPS、PET、PEEK、PA或PC。
11.根据权利要求10所述的梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物，其特征在于：热塑性高温热熔基体胶膜层的厚度为0.1-0.9mm。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111204086A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-05-29 | 山东大学 | 一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物 |
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2020
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