一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料及其制备方法与流程

本发明属于高性能石英纤维织物增强树脂基复合材料制造，具体涉及一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料及其制备方法。

背景技术：

1、氰酸酯树脂（cyanate ester resin, ce）是一类含有两个或两个以上氰酸酯官能团（-ocn）的高性能热固性树脂，其固化物具有优异的热稳定性、介电性能、力学性能和低吸湿率等综合特性，被广泛应用于雷达天线罩、高性能电路板、航空航天结构件等高端领域。然而，氰酸酯树脂单体聚合后交联密度过大，分子中三嗪环结构高度对称且结晶度高，导致其固化后韧性和抗冲击性能较差、脆性较大。航空复合材料构件对高损伤容限材料有着迫切需求，采用高损伤容限的材料可以降低构件重量，高脆性材料难以满足服役过程中抗冲击、抗裂纹扩展及疲劳耐久性等要求，这一固有缺陷严重制约了氰酸酯树脂在高性能复合材料领域更广泛的应用。引入热塑性树脂是提升氰酸酯树脂韧性常用的技术途径，然而热塑性树脂的引入，降低了树脂单位交联密度，树脂-石英纤维织物界面处热固性树脂密度相对降低，导致石英纤维界面结合作用降低，进而降低了最终石英纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸强度和层间剪切强度，因此，如何在保持石英纤维织物增强氰酸酯树脂基复合材料耐拉伸（拉伸强度、拉伸模量）和抗层剪性能（层间剪切强度）不变前提下，协调提升复合材料抗冲击韧性（主要为冲击后压缩强度），成为该领域亟待解决的关键技术难题。

技术实现思路

1、发明目的：

2、提供一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料及其制备方法，解决树脂本体韧性不足与复合材料冲击韧性低的问题，石英纤维与氰酸酯树脂界面结合强度低、层间剪切性能差的问题，兼顾层间强度与抗冲击性能。

3、技术方案：

4、一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料，包括：石英纤维织物，复合在石英纤维织物两侧的偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜，以及复合在偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜外侧的热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜。

5、进一步地，偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜和热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜的单位面积质量比为1:3~1:5。

6、一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料的制备方法，包括：

7、s1：制备偶联剂改性氰酸酯预聚体和热塑性增韧改性氰酸酯预聚体；

8、s2：制备偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜和热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜；

9、s3：将偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜复合在石英纤维织物两侧得到复合体，再将热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜复合在复合体两侧，得到三明治结构预浸料；

10、s4：将三明治结构预浸料层层铺贴，密封于真空袋中，采用热压罐完成复合材料层压板制造。

11、进一步地，s1中，制备偶联剂改性氰酸酯预聚体，具体为：

12、将100份纯双酚a型氰酸酯预聚体加热至85℃~100℃，随后加入3份~8份硅烷偶联剂kh-560，搅拌均匀，完成偶联剂改性氰酸酯预聚体的制备。

13、进一步地，s1中，制备热塑性增韧改性氰酸酯预聚体，具体为：

14、将100份纯双酚a型氰酸酯预聚体加热至85℃~100℃，随后加入5份~15份热塑性增韧剂，热塑性增韧剂是聚醚砜或聚醚酮粉末，初步搅拌，转移至强力三辊研磨机中，研磨分散三次，得到热塑性增韧改性氰酸酯预聚体。

15、进一步地，s2，具体为：

16、采用两步热熔法开展树脂膜制备，涂膜温度为90℃~100℃，涂膜速度为1m/min~3m/min，基于偶联剂改性氰酸酯预聚体和热塑性增韧改性氰酸酯预聚体得到的树脂膜分别命名为偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜和热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜，两者单位面积质量比为1:3~1:5。

17、进一步地，s3中，复合过程采用热熔法复合机进行，复合辊温度为100℃~110℃，复合线速度为1m/min~3m/min。

18、进一步地，s4中，整个固化成型过程真空度≥0.05mpa，外压0.1~0.5mpa，固化温度150℃~200℃梯度固化。

19、有益效果：

20、本发明的一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料及其制备方法，解决了复合材料冲击韧性、拉伸强度和层间剪切强度难以协同提升的问题。通过在不含热塑性增韧剂的底层树脂膜中引入硅烷偶联剂kh560实现与石英纤维织物的牢固界面结合，同时通过在含有热塑性增韧剂的面层树脂膜中调控增韧剂含量和分布，实现树脂基体的韧性提升，实现层间强度和抗冲击性能的协同提升，可显著提升复合材料构件的损伤容限。

1.一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料，其特征在于，包括：石英纤维织物，复合在石英纤维织物两侧的偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜，以及复合在偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜外侧的热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜。

2.根据权利要求1所述的高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料，其特征在于，偶联剂改性氰酸酯预聚体树脂膜和热塑性增韧改性氰酸酯预聚体树脂膜的单位面积质量比为1:3~1:5。

3.一种高韧性三明治结构氰酸酯树脂预浸料的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，s1中，制备偶联剂改性氰酸酯预聚体，具体为：

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，s1中，制备热塑性增韧改性氰酸酯预聚体，具体为：

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，s2，具体为：

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，s3中，复合过程采用热熔法复合机进行，复合辊温度为100℃~110℃，复合线速度为1m/min~3m/min。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，s4中，整个固化成型过程真空度≥0.05mpa，外压0.1~0.5mpa，固化温度150℃~200℃梯度固化。