提高连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料力学性能的方法
【专利摘要】一种提高连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料力学性能的方法,属于碳纤维复合材料科学【技术领域】。特征是将1-10份的聚醚砜（PES）溶解在20-80份的N-N二甲基乙酰胺与丙酮的混合溶剂中，添加质量分数为0.5%-10%的纳米增强体，经过机械搅拌和超声振荡制备出稳定的悬浮液，浸渍连续碳纤维制得预浸料。通过设定热压工艺对预浸料进行热压成型，制得的复合材料具有较佳综合力学性能和较高界面结合力。本发明工艺简单，能耗低，能够实现连续碳纤维增强热塑性树脂的大规模连续化生产；同时复合材料综合力学的提高能够增加复合材料在使用过程中的安全性能和使用寿命。
【专利说明】提高连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料力学性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料制备方法领域，具体涉及一种提高连续碳纤维增强聚热塑性 树脂复合材料力学性能的方法。
【背景技术】
[0002] 连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料同传统连续碳纤维增强热固性树脂基复 合材料相比，具有良好的抗冲击性能、密度小、比刚度和比强度大、加工过程不发生化学反 应和成型周期短等优点。连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料在航空航天工业和民用制造 业中得到广泛应用。但是由于其成本过高限制了其广泛应用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种提高连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料力学性能的 方法，制备成本较低。
[0004] 本发明的目的是这样实现的，其特征在于：实施步骤为：
[0005] ⑴将1?10质量份的聚醚砜溶解到20?80质量份的N-N二甲基乙酰胺与丙 酮的混合溶剂中充分溶解，其中N-N二甲基乙酰胺与丙酮的质量比为1?5:1，得到聚醚 砜-DMAc溶液；
[0006] ⑵将0. 1?5质量份纳米增强体通过机械搅拌30-60Min和超声振荡30-60Min添 加到步骤（1)得到的聚醚砜溶液中，制得性能稳定的悬浮液体系；
[0007] ⑶将步骤（2)得到的聚醚砜悬浮液在18?22°C下浸渍连续碳纤维制得预浸料；
[0008] ⑷将步骤（3)得到的浸渍料经过热压成型工艺得到产品，所述热压成型工艺参数 及步骤为：
[0009] ①冷压：5 ?IOMPa/ 室温 /60 ?90Min。
[0010] ②预热压：10 ?15MPa/180 ?225°C /60 ?90Min。
[0011] ③热压：10 ?15MPa/250 ?350°C /60 ?180Min。
[0012] ④冷却：水冷至80°C，卸压脱模。
[0013] 本发明具有如下优点：
[0014] 1、利用悬浮液浸渍法制备预浸料，工艺简单，适合大规模生产。
[0015] 2、所用溶剂毒性小，残留溶剂容易去除。
[0016] 3、工艺可操控性强，纳米增强体成本低廉，产品综合能耗低。
[0017] 4、产品综合力学性能良好和层间剪切强度较高，能够满足一般工业使用要求。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1
[0019] (1)将1质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在20质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 1:1。
[0020] (2)将0. 1质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密 封条件下，机械搅拌30Min后，超声振荡30Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0021] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0022] 冷压：5MPa/ 室温 /60Min+ 预热压：5MPa/180 °C /60Min+ 热压： 10MPa/250°C /60Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强聚 醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用要 求。具体性能测试数值见附表1。
[0023] 实施例2
[0024] (1)将2质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在30质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 3:1。
[0025] (2)将0. 2质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密 封条件下，机械搅拌40Min后，超声振荡40Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0026] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0027] 冷压：8MPa/ 室温 /80Min+ 预热压：12MPa/200 °C /80Min+ 热压： 12MPa/280°C /90Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强聚 醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用要 求。具体性能测试数值见附表1。
[0028] 实施例3
[0029] (1)将3质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在35质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 2:1。
[0030] (2)将0. 5质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密 封条件下，机械搅拌45Min后，超声振荡50Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0031] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0032] 冷压：8MPa/ 室温 AOMin+ 预热压：12MPa/200 °C /90Min+ 热压： 12MPa/290°C /IOOMin+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强 聚醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用 要求。具体性能测试数值见附表1。
[0033] 实施例4
[0034] (1)将5质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在50质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 3:1。
[0035] (2)将1. 5质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密 封条件下，机械搅拌50Min后，超声振荡50Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0036] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0037] 冷压：9MPa/ 室温 /80Min+ 预热压：13MPa/210 °C /90Min+ 热压： llMPa/300°C /120Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强 聚醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用 要求。具体性能测试数值见附表1。
[0038] 实施例5
[0039] (1)将7质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在60质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 4:1〇
[0040] ⑵将2质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密封 条件下，机械搅拌60Min后，超声振荡60Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0041] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0042] 冷压：9MPa/ 室温 /80Min+ 预热压：13MPa/210 °C /80Min+ 热压： 13MPa/320°C /150Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强 聚醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用 要求。具体性能测试数值见附表1。
[0043] 实施例6
[0044] (1)将8质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在70质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 4:1〇
[0045] (2)将4质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密封 条件下，机械搅拌60Min后，超声振荡60Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0046] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0047] 冷压：9MPa/ 室温 /90Min+ 预热压：14MPa/210 °C /80Min+ 热压： 13MPa/330°C /150Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强 聚醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用 要求。具体性能测试数值见附表1。
[0048] 实施例7
[0049] (1)将8质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在80质量份的N，N二甲基乙酰胺 (以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 3:1。
[0050] (2)将3质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密封 条件下，机械搅拌60Min后，超声振荡60Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0051] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0052] 冷压：10MPa/ 室温 /80Min+ 预热压：15MPa/220 °C /90Min+ 热压： 15MPa/330°C /180Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强 聚醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用 要求。具体性能测试数值见附表1。
[0053] 实施例8
[0054] (1)将10质量份的聚醚砜（以下简称PES)溶解在80质量份的N，N二甲基乙酰 胺（以下简称DMAc)与丙酮的混合溶剂中充分溶解配制溶液，其中DMAc与丙酮的质量比为 5:1。
[0055] (2)将5质量份的纳米增强体加入到上述PES溶液中配制悬浮液，配制工艺为密封 条件下，机械搅拌60Min后，超声振荡60Min，制备出性能稳定的悬浮液。
[0056] (3)将制备的悬浮液浸渍连续碳纤维后制的预浸料片，按照热压成型的加工工艺 进行如下加工：
[0057] 冷压：10MPa/ 室温 /90Min+ 预热压：15MPa/225 °C /90Min+ 热压： 15MPa/350°C /180Min+冷却：80°C /水冷+卸压脱模。经上述工艺制得的连续碳纤维增强 聚醚砜复合材料具有较佳的综合力学性能和较强的界面结合能力，能够满足一般工业使用 要求。具体性能测试数值见附表1。
[0058] 表1力学性能和层间剪切强度
【权利要求】
1. 一种提高连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料力学性能的方法，其特征在于：实施 步骤为： ⑴将1~1〇质量份的聚醚砜溶解到2(Γ80质量份的N-N二甲基乙酰胺与丙酮的混合溶 剂中充分溶解，其中Ν-Ν二甲基乙酰胺与丙酮的质量比为1~5:1，得到聚醚砜-DMAc溶液； ⑵将0. 1飞质量份纳米增强体通过机械搅拌30-60Min和超声振荡30-60Min添加到 步骤（1)得到的聚醚砜溶液中，制得性能稳定的悬浮液体系； ⑶将步骤（2)得到的聚醚砜悬浮液在18~22°C下浸渍连续碳纤维制得预浸料； ⑷将步骤（3)得到的浸渍料经过热压成型工艺得到产品，所述热压成型工艺参数及 步骤为： ① 冷压：5?10 MPa/室温/6(T90Min ; ② 预热压：10?15MPa/18(r225°C /60?90Min ; ③ 热压：l(ri5MPa/25(T35(rC /6(Tl80Min ; ④ 冷却：水冷至80°C，卸压脱模。
【文档编号】C08J5/04GK104292482SQ201410623759
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】王健, 闫献国, 李庚 , 付鹤林 申请人:太原科技大学