一种快速成型和抗冲击及抗分层的连续纤维增强复合材料的制作方法

本发明属于复合材料快速成型制造，具体涉及一种快速成型和抗冲击及抗分层的连续纤维增强复合材料，尤其是一种兼顾快速成型高韧性抗冲击抗分层的连续纤维织物增强复合材料的制备方法。

背景技术：

1、常规热固性树脂如环氧树脂，氰酸树脂，双马树脂具有粘度低、交联低收缩，耐腐蚀等优良的性能，是复合材料湿法成型工艺中最常用的树脂。但是，常规热固性树脂固有的三维交联网状分钟结构特性导致脆性大，因此以其为基体制备的复合材料韧性较低抗分层性能，抗冲击性能较差。

2、聚双环戊二烯(pdcpd)是目前高分子材料领域中出现的一种新型材料。pdcpd材料兼具高抗冲击强度和高弯曲模量以及快速成型的特点，同时拥有这类特性的工程塑料之前是没有的，现越来越多的材料工程师开始认识、重视并使用这种新型材料。

3、但是现有文献报道pdcpd其与常规碳纤维、玻璃纤维等增强纤维复合材料界面结合差，其复合材料强度和刚度低；本发明通过复配二聚环戊二烯及其催化剂体系和环氧树脂及其固化剂体系克服其缺点，并通过三维编织或2.5d，三维机织方式织造连续纤维织物体进一步放大其抗分层性能，抗冲击性能，使其成为防弹材料，航空结构材料的首选材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种快速成型高韧性抗冲击抗分层连续纤维织物增强复合材料，克服现有技术功能单一的缺陷，通过复配二聚环戊二烯及其催化剂体系和环氧树脂及其固化剂体系配方设计克服pdcpd与常规碳纤维、玻璃纤维等增强纤维复合材料界面结合差，复合材料强度和刚度低缺点，实现配方技术特征相互关联，相互协同，起到了快速成型与良好界面结合的协同效果；并通过多种纤维的连续纤维织物纤维体系和织物结构的设计的三维编织或2.5d，三维机织方式织造增强体实现单一纤维不具备的高强度，高韧性，抗冲击及抗分层的综合优势，使其成为防弹材料，航空结构材料的首选材料。

2、本发明的目的可以通过以下方案来实现：

3、本发明提供了一种快速成型和抗冲击及抗分层的连续纤维增强复合材料，通过如下方法制备：

4、(1)将二聚环戊二烯树脂体系、环氧树脂体系、溶剂、助溶剂混合均匀，得到基体树脂；

5、(2)采用三维编织或2.5d，三维机织的方式织造连续纤维织物；

6、(3)将基体树脂和连续纤维织物采用湿法复合材料成型工艺，制造连续纤维增强复合材料。

7、优选的，步骤(1)的基体树脂中，按二聚环戊二烯树脂体系和环氧树脂体系的体积总和计，体积分数如下：二聚环戊二烯树脂体系95-99.9％、环氧树脂体系0.1～5％。

8、优选的，所述二聚环戊二烯树脂体系，按体积份数计，包括二聚环戊二烯100份、催化剂0.025-0.1份。催化剂为grubbs二代催化剂。

9、优选的，所述环氧树脂体系，按体积份数计，包括环氧树脂0.1-5份、环氧树脂固化剂0.25-2.5份、环氧树脂促进剂0.15-1.5份。环氧树脂为双酚a二缩水甘油醚(e51型)，环氧树脂固化剂为甲基纳迪克酸酐，环氧树脂促进剂为2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

10、优选的，步骤(1)具体为：将二聚环戊二烯、环氧树脂、环氧树脂促进剂、环氧树脂固化剂共混形成单体混合体系；将催化剂、溶剂(亚磷酸三丁酯)溶解在助溶剂(环己基苯)中，配置形成催化剂溶液；然后将单体混合体系与催化剂溶液混合，形成最终的基体树脂体系。基体树脂体系的配制中，通过催化剂浓度和加热预聚合实现年度控制。其中所述催化剂与环己基苯质量比为1：100-1：400；所述二代催化剂与亚磷酸三丁酯的质量比为1：0.05。

11、优选的，步骤(1)中，所得基体树脂还包括加热预聚合，实现粘度控制；加热温度为55-65℃，加热时间为5-30min。

12、优选的，步骤(2)中，所述连续纤维织物的纱线品种包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、超分子量聚乙烯纤维中的一种或多种。纱线的纱锭数为100-200锭，编织角度为30-180°。2.5d，三维机织连续纤维织物经纬密为3-10根/cm、纱束弯曲率为1.02-1.10，织物结构为六步结构(图6)，八步结构及十步结构等。

13、优选的，纱线品种优选为包含碳纤维及其他纤维中的一种或多种，具体纤维体系按体积比优选为：碳纤维50-100％，其他纤维：玻璃纤维0-50％，芳纶纤维0.5％-30％，聚酰亚胺纤维10-15％，超分子量聚乙烯纤维0.5-5％。

14、具体通过三维编织或2.5d，三维机织方式织造得到。三维编织连续纤维织物采用两维三轴向织物或三维四向、三维五向织物等多维多轴向织物。2.5d，三维机织连续纤维织物采用整体正交(图1)和层间正交(图2)，角联锁组织分为整体角联锁(图3)和层间角联锁(图4)，多层接结(图5)等方式织造织物。复杂组织结构由上述3种基础组织变化组合、衍生得到。

15、优选的，步骤(3)中，所述湿法复合材料成型工艺成型复合材料包括液体成型方式(vari：真空辅助灌注成型方式；rtm：树脂传递模塑成型方式)、手糊成型方式、湿法模压成型方式中的一种。

16、本发明技术方案通过控制二聚环戊二烯及其催化剂体系和环氧树脂及其固化剂体系的配方设计实现快速成型能力；相较于常规的3d机织织物使用，本发明通过控制连续纤维织物纤维体系和织物结构的设计实现了高韧性抗冲击及抗分层优势。本发明的多个步骤和技术特征相互关联，相互协同，起到了扬长避短结合发明内所有材料优势的效果。其中pdcpd主要提供快速成型优势，少量环氧树脂用于改善pdcpd与纤维复合材料界面结合差这一缺点，多种纤维的连续纤维织物纤维体系和织物结构的设计用于实现单一纤维不具备的高强度，高韧性，抗冲击及抗分层的综合优势。

17、同时指出，本发明是配合树脂及织物增强体制造整体的具有三维结构的材料或者产品，此外本发明还实现了2.5d纤维机织增强树脂基复合材料不具备的快速成型优势。所以本发明通过树脂基体配方设计及增强体连续纤维织物纤维体系和织物结构的设计，实现目前现有技术无法实现的兼顾快速成型和高韧性抗冲击及抗分层优势的连续纤维织物增强复合材料，具有原创性及创造性。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、(1)本发明制备的复合材料，具有快速成型(10min内快速固化)效果，提升抗冲击及抗分层性能；本发明结合pdcpd自身快速成型及高韧性特点和增强织物体结构的z向强度特点，同时利用配方内低含量环氧树脂克服pdcpd与常规纤维的界面结合弱，浸润性差的缺点；实现目前现有技术无法实现的兼顾快速成型和高韧性抗冲击及抗分层优势的连续纤维织物增强复合材料；

20、(2)本发明克服现有技术功能单一的缺陷，通过复配二聚环戊二烯及其催化剂体系和环氧树脂及其固化剂体系配方设计克服pdcpd与常规碳纤维，玻璃纤维等增强纤维复合材料界面结合差，复合材料强度和刚度低缺点，实现配方技术特征相互关联，相互协同，起到了快速成型与良好界面结合的协同效果；

21、(3)通过多种纤维的连续纤维织物纤维体系和织物结构的设计的三维编织或2.5d，三维机织方式织造增强体实现单一纤维不具备的高强度，高韧性，抗冲击及抗分层的综合优势，使其成为防弹材料，航空结构材料的首选材料。