一种杂化热塑性纤维及其制备方法

本发明属于聚合物基复合材料，具体涉及一种具有定型、导流和增韧功能的杂化热塑性纤维及其制备方法。

背景技术：

1、碳纤维增强树脂基复合材料(简称碳纤维复合材料)具有优异的比强度、比模量、化学稳定性和性能可设计性，在以航空航天为代表的领域得到广泛应用。在此背景下，综合成本低、制备效率高的液体成型技术是当前碳纤维复合材料成型工艺发展的重要方向。但是，主流的热固性树脂基体具有高度交联的结构，导致了碳纤维复合材料的层间韧性差和抗冲击损伤能力不足，对碳纤维复合材料的进一步推广和应用造成了限制。

2、中国专利cn201711414921(公开日期2018年7月3日)公开了一种自定型预增韧纤维预制体的制备方法，采用低熔点热塑性纱线将增强纤维缝合得到预制体，该预制体适用于碳纤维复合材料的液体成型工艺，热塑性纱线在固定增强纤维的同时对复合材料起到增韧的作用。但是，低熔点的缝合线会导致复合材料的耐热性降低，缝合工艺较复杂耗时且可能损伤增强纤维，仅适用于需要少数要求结构一体化程度高的碳纤维复合材料。

3、中国专利cn 106459560a(公开日期2019年5月10日)公开了一种用作增韧剂的官能化聚合物颗粒，通过将可与热固性树脂反应的热塑性颗粒与树脂共混，碳纤维复合材料的层间韧性可显著改善。但与此同时，未固化共混树脂的粘度同时会显著提升，导致无法应用于需要灌注树脂的液体成型工艺。

4、中国专利cn102888007b(公开日期2014年10月22日)公开了一种具有表面突起微结构的增韧膜及其制备方法，该薄膜复杂多变的表面微凸起结构和不同材料基质组合可匹配碳纤维复合材料增韧效果的各种需求。但是，该增韧膜由熔点较高(＞300℃)的热塑性树脂组成，难以在常规的预制体定型工艺温度(50-150℃)下实现良好的定型效果。此外，薄膜结构的增韧材料应用于液体成型时，会阻碍灌注过程树脂在面外方向的流动并降低灌注速率。

5、虽然上述技术以一定程度上改善碳纤维复合材料的层间韧性，但其在平衡液体成型工艺性能和不降低复合材料的耐热性及其他力学性能方面存在困难。因此，需要一种新型的增韧材料，兼具定型、导流和增韧功能，用于制备液体成型的碳纤维复合材料。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出一种具有定型、导流和增韧功能的杂化热塑性纤维及其制备方法，在改善碳纤维复合材料预制体结构稳定性和液体成型效率的同时，提高复合材料的层间韧性并避免耐热性和其他力学性能的降低。

2、一种杂化热塑性纤维的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将热塑性树脂和未固化环氧树脂按1:1至5:1的比例搅拌得到混合粉末；

4、(2)将步骤(1)得到的混合粉末通过湿法纺丝制得杂化热塑性纤维。

5、优选的是，本发明的热塑性树脂为叔胺聚芳醚砜、含苯并咪唑基聚芳醚酮、含吡啶环结构聚芳醚酮中的至少一种。

6、优选的是，本发明的未固化环氧树脂为双环戊二烯环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、有机硅环氧树脂、芳香族环氧树脂中的一种或多种，所述未固化环氧树脂在室温下呈固态且熔点范围为50-150℃。

7、优选的是，本发明将混合粉末溶解于n,n-二甲基乙酰胺，配置成质量分数为30-60％的纺丝原液后进行湿法纺丝。

8、优选的是，本发明的湿法纺丝过程中，给纺丝原液施加的压力为0.01-0.5mpa，湿法纺丝的凝固浴成分为去离子水且凝固浴温度为20-80℃，卷绕速度范围为15-200m/min。

9、本发明提供了一种具有定型、导流和增韧功能的杂化热塑性纤维，该杂化热塑性纤维由热塑性树脂和未固化环氧树脂组成。

10、与现有技术相比，本发明所述的具有定型、导流和增韧功能的杂化热塑性纤维可批量化高效制备，所述杂化热塑性纤维可以在常规的预制体定型工艺温度下固定预制体结构，在液体成型时通过导流树脂从而提高成型效率，可在改善复合材料韧性的同时不损失其他力学性能和耐热性。

技术特征：

1.一种杂化热塑性纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中的热塑性树脂为叔胺聚芳醚砜、含苯并咪唑基聚芳醚酮、含吡啶环结构聚芳醚酮中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中的未固化环氧树脂为双环戊二烯环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、有机硅环氧树脂、芳香族环氧树脂中的一种或多种，所述未固化环氧树脂在室温下呈固态且熔点范围为50-150℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中将混合粉末溶解于n,n-二甲基乙酰胺，配置成质量分数为30-60％的纺丝原液后进行湿法纺丝。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)的湿法纺丝过程中，给纺丝原液施加的压力为0.01-0.5mpa，湿法纺丝的凝固浴成分为去离子水且凝固浴温度为20-80℃，卷绕速度范围为15-200m/min。

6.一种根据权利要求1-5任一项的制备方法得到的杂化热塑性纤维。

技术总结
本发明涉及一种杂化热塑性纤维及其制备方法，适用于聚合物基复合材料技术领域。该杂化纤维采用热塑性树脂和未固化环氧树脂组成，通过湿法纺丝制备。具体的是将热塑性树脂和未固化环氧树脂按1:1至5:1的比例搅拌得到混合粉末；将混合粉末通过湿法纺丝制得杂化热塑性纤维。本发明的优点在于，该杂化纤维能够起到定型碳纤维预制体的作用，在液体成型过程中起到导流树脂的作用，可在改善碳纤维复合材料韧性的同时不损失其他力学性能和耐热性。

技术研发人员：张辉,俞建勇,阳泽濠,薛怿,赵庆志,彭砚双,蔡之想,刘勇
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16