專利名稱：一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備的制作方法
技術領域：
本發明屬于先進復合材料科學技術領域。公開了一類連續纖維增強聚芳醚砜酮(簡稱PPESK，其S/K可調，即S/K＝0時為PPEK；S/K＝1時為PPES))先進復合材料的制備。特別涉及溶液預浸纏繞、拉擠成型工藝連續纖維增強聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料的制備。
背景技術：
連續纖維增強高性能熱塑性復合材料具有優良的耐藥品、耐輻射和電氣性能，生產周期短、生產效率高，可重復或二次成型，克服了熱固性復合材料韌性差，斷裂延伸率低，易發生早期應力開裂的缺點；也彌補了短纖維和中長纖維增強熱塑性復合材料承載力不高的缺陷，可應用于使用環境較為苛刻，承載能力要求較高的場合。現已在航天航空、電子電器等領域得到應用，如美國F/A-18戰斗機外翼蒙皮、F117A尾翼均采用了GF/PEEK，GF/PEEK等連續纖維增強高性能熱塑性復合材料。
國內外對連續纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料的研究較多，但多數集中在熔融預浸成型工藝，高性能熱塑性樹脂如PEEK、PES、PEKK等只溶解在濃H2SO4中，所以對溶液預浸成型工藝方面的研究尚未見文獻報道。中國專利CN93109179.9和CN93109180.2公開了以廉價易得的苯酚、苯酐為原料，經溫和的工藝合成了結構全新的雜環化合物-44′-羥基苯基2，3-雜萘-1-酮。在此基礎上，以DHPZ與多種市售雙鹵單體如二氟二苯酮(DFK)、二氯二苯砜(DCS)、二氯二苯雙酮(DCKK)、二氯二苯腈(DCBN)等溶液親核取代逐步聚合反應成功地制得了一系列含二氮雜萘聯苯結構的新型可溶解高性能聚芳醚砜(PPES)、聚芳醚酮(PPEK)、聚醚砜酮(PPESK)，其玻璃化溫度為250～370℃之間(可調控)。
發明內容
本發明的目的是提供一系列連續纖維增聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料的制備工藝方法。采用溶液浸漬法，解決高性能聚芳醚系列樹脂連續纖維纏繞、拉擠成型過程中的樹脂溶解及纖維浸漬問題，成功制備了連續玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維增強聚芳醚砜(PPES)、聚芳醚酮(PPEK)、聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料。為進一步研究和應用連續纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料提供了行之有效的方法。
本發明技術方案是將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)或氯仿或它們的混合溶劑中，配制20-40％(質量含量)的PPESK溶液，分別浸漬連續玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維，制得預浸料片。
單向復合材料制備的工藝流程如下連續纖維→預浸→干燥→纖維預浸薄片→熱壓成型→脫模→單向板→試件制作纖維預浸料的浸漬工藝如下表所示。
溶液濃度浸膠溫度牽引速度刮膠棒間距烘干溫度烘干時間20～40％室溫1.0m/min 1.5mm 170～175℃ 2min左右本發明的制備過程是將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型。影響復合材料熱壓成型工藝參數的主要因素是纖維體積含量和復合材料的厚度。纖維體積含量越高，復合材料的厚度越大，則成型溫度的保持時間越長，成型壓力越大。此外，成型溫度與成型壓力之間還存在一定的依存關系。當熱塑性塑料熔融后，隨著溫度升高，物料粘度降低(指低于物料的熱氧化溫度)，從而所需要的成型壓力相應低一些。因此，可以根據不同的成型方法，適當地調整工藝參數，以利于成型工藝的實現。熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓25～35Mpa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓20～40Mpa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
本發明的效果和益處是使連續纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料溶液預浸成型工藝成為可能，這對于推動我國先進復合材料的發展和開拓在航天航空領域中的應用具有實用價值。
附圖1是連續纖維纏繞成型工藝過程示意圖。
圖中1-紗架；2-排紗器；3-膠槽；4-導紗輥；5-上膠輥；6-烘箱；7-主傳動輪；8-芯模。
附圖2是連續纖維拉擠成型工藝過程示意圖。
圖中1紗架；2排紗器；3膠槽；4預成型模；5成型固化模；6牽引裝置；7切割裝置；8制品托架。
具體實施例方式
以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施例。
實施例1將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶劑中，配制20％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續玻璃纖維，制得預浸料片。按如下工藝流程制備連續玻璃纖維增強PPESK單向復合材料連續纖維→預浸→干燥→纖維預浸薄片→熱壓成型→脫模→單向板→試件制作纖維預浸料的浸漬工藝如下表所示。
溶液濃度浸膠溫度牽引速度刮膠棒間距烘干溫度烘干時間20～40％ 室溫 1.0m/min1.5mm 170～200℃ 2min左右本發明的制備過程是將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型。熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓30Mpa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。制成的連續玻璃纖維強聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料具有一系列優異性能，從而滿足多種工業領域的需求。
實施例2將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶劑中，配制20％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續碳纖維，制得預浸料片。按如下工藝流程制備連續碳纖維增強PPESK單向復合材料連續纖維→預浸→干燥→纖維預浸薄片→熱壓成型→脫模→單向板→試件制作纖維預浸料的浸漬工藝如下表所示。
溶液濃度浸膠溫度牽引速度刮膠棒間距烘干溫度烘干時間20～40％室溫1.0m/min1.5mm 170～200℃ 2min左右本發明的制備過程是將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型。熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓30Mpa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。制成的連續碳纖維強聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料具有一系列優異性能，從而滿足多種工業領域的需求。
實施例3將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶劑中，配制20％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續芳綸纖維，制得預浸料片。按如下工藝流程制備連續芳綸纖維增強PPESK單向復合材料連續纖維→預浸→干燥→纖維預浸薄片→熱壓成型→脫模→單向板→試件制作纖維預浸料的浸漬工藝如下表所示。
溶液濃度浸膠溫度牽引速度刮膠棒間距烘干溫度烘干時間20～40％室溫1.0m/min1.5mm 170～200℃ 2min左右本發明的制備過程是將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型。熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓30Mpa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。制成的連續芳綸纖維強聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料具有一系列優異性能，從而滿足多種工業領域的需求。
實施例4
將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中，配制35％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續碳纖維，制得預浸料片。按如下工藝流程制備連續碳纖維增強PPESK單向復合材料連續纖維→預浸→干燥→纖維預浸薄片→熱壓成型→脫模→單向板→試件制作纖維預浸料的浸漬工藝如下表所示。
溶液濃度浸膠溫度牽引速度刮膠棒間距烘干溫度烘干時間20～40％室溫1.0m/min1.5mm 170～200℃ 2min左右本發明的制備過程是將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型。熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓30Mpa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。制成的連續碳纖維強聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料具有一系列優異性能，從而滿足多種工業領域的需求。
實施例5將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)與N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混合溶劑中(質量比1∶1)，配制30％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續碳纖維，制得預浸料片。按如下工藝流程制備連續碳纖維增強PPESK單向復合材料連續纖維→預浸→干燥→纖維預浸薄片→熱壓成型→脫模→單向板→試件制作纖維預浸料的浸漬工藝如下表所示。
溶液濃度浸膠溫度牽引速度刮膠棒間距烘干溫度烘干時間20～40％室溫1.0m/min1.5mm 170～200℃ 2min左右本發明的制備過程是將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型。熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓30Mpa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。制成的連續碳纖維強聚芳醚砜酮(PPESK)先進復合材料具有一系列優異性能，從而滿足多種工業領域的需求。
權利要求
1.一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備，其特征是將聚芳醚砜酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮或氯仿或它們的混合溶劑中，配制20-40％(質量含量)的PPESK溶液，分別浸漬連續玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維，制得預浸料片；制備過程是將裁減好的預浸薄片放入模具中，進行熱壓成型；熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40-90min+熱壓30Mpa/380℃/40-90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
2.根據權利要求1所述的一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備，其特征是將聚芳醚砜酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺溶劑中，配制20％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續玻璃纖維，制得預浸料片；制備過程是將裁減好的預浸薄片放入模具中，進行熱壓成型；熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40-90min+熱壓30Mpa/380℃/40-90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
3.根據權利要求1所述的一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備，其特征是將聚芳醚砜酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺溶劑中，配制20％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續碳纖維，制得預浸料片；制備過程是將裁減好的預浸薄片放入模具中，進行熱壓成型；熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40-90min+熱壓30Mpa/380℃/40-90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
4.根據權利要求1所述的一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備，其特征是將聚芳醚砜酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺溶劑中，配制20％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續芳綸纖維，制得預浸料片。制備過程是將裁減好的預浸薄片放入模具中，進行熱壓成型；熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40-90min+熱壓30Mpa/380℃/40-90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
5.根據權利要求1所述的一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備，其特征是將聚芳醚砜酮溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中，配制35％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續碳纖維，制得預浸料片；制備過程是將裁減好的預浸薄片放入模具中，進行熱壓成型；熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40-90min+熱壓30Mpa/380℃/40-90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
6.根據權利要求1所述的一類連續纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備，其特征是將聚芳醚砜酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺與N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑中(質量比1∶1)，配制30％(質量含量)的PPESK溶液，浸漬連續碳纖維，制得預浸料片；制備過程是將裁減好的預浸薄片放入模具中，進行熱壓成型；熱壓成型工藝的主要工藝參數如下冷壓30Mpa/2～10min+預熱380℃/40-90min+熱壓30Mpa/380℃/40-90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。
全文摘要
本發明屬于先進復合材料科學技術領域。公開了一類連續纖維增強聚芳醚砜酮(PPESK，其S/K可調，即S/K＝0時為PPEK；S/K＝1時為PPES)先進復合材料的制備。其特點是將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解在N，N－二甲基乙酰胺(DMAc)或N－甲基吡咯烷酮(NMP)或氯仿或它們的混合溶劑中，配制20－40％(質量含量)的PPESK溶液，分別浸漬連續玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維，制得預浸料片。將預浸薄片經纖維纏繞或拉擠成型工藝制樣后，進行熱壓成型，其主要工藝參數如下冷壓25～35MPa/2～10min+預熱380℃/40～90min+熱壓20～40MPa/380℃/40～90min+冷卻100℃/自然冷卻+脫模。本發明的效果和益處是使連續纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料溶液預浸成型工藝成為可能，對于推動先進復合材料的發展和開拓在航天航空領域中的應用具有實用價值。
文檔編號C08L81/06GK1603363SQ20041005024
公開日2005年4月6日 申請日期2004年8月10日 優先權日2004年8月10日
發明者陳平, 孫明, 路春, 劉揚 申請人:大連理工大學