一种热塑性预浸料用组合物及其应用、热塑性预浸料、低空飞行器用结构件

本发明涉及先进复合材料领域，尤其涉及一种热塑性预浸料用组合物及其应用、热塑性预浸料、低空飞行器用结构件。

背景技术：

1、随着低空经济的快速发展，以无人机（unmanned aerial vehicle，uav）、电动垂直起降飞行器（electric vertical take-off and landing，evtol）、飞行汽车等为代表的低空飞行器产业正在迅速兴起。

2、为提高飞行效率、增加续航里程并提升载荷能力，低空飞行器大量采用碳纤维增强复合材料制造机翼、机身、旋翼、蒙皮及承力框架等关键结构件。目前，复合材料用量占先进低空飞行器机体结构质量的比例通常达50%以上，部分机型甚至超过70%。

3、当前低空飞行器复合材料结构主要采用热固性预浸料工艺制造。虽然热固性预浸料力学性能优异，但其树脂体系在储存过程中存在持续交联倾向，通常需在-18℃以下冷冻储运，不仅推高了制造成本与物流成本，且保质期受限，不利于低空飞行器的大规模产业化生产。

4、此外，热固性预浸料一般需在热压罐（autoclave）中完成固化成型，固化温度120～180℃，并需施加0.5～0.7 mpa以上的成型压力。热压罐设备投资大、能耗高，制约了低空飞行器大型复合材料结构件的低成本制造。

5、为降低生产成本，近年来热塑性复合材料受到关注。然而，传统热塑性树脂（如聚醚醚酮 peek、聚醚酮酮 pekk、聚苯硫醚 pps 等）熔融黏度大，需在300℃以上高温加工，设备要求高且纤维浸润困难；同时，传统热塑性预浸料在室温下呈硬质态，铺覆性差，难以适应低空飞行器复杂曲面结构的制造需求。

6、综上，亟需一种兼具常温可储存、低温低压固化、良好铺覆性的预浸料体系，以适配低空飞行器复合材料结构低成本、规模化的制造需求。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种热塑性预浸料用组合物及其应用、热塑性预浸料、低空飞行器用结构件。

2、第一方面，本发明提供了一种热塑性预浸料用组合物，包括：

3、甲基丙烯酸甲酯预聚物，所述甲基丙烯酸甲酯预聚物的粘度为80pa·s~120pa·s；

4、引发剂微胶囊，所述引发剂微胶囊的平均粒径为100微米-200微米，所述引发剂微胶囊的壳材包括明胶、六偏磷酸钠和戊二醛；

5、所述甲基丙烯酸甲酯预聚物和所述引发剂微胶囊的重量比≥20:1。

6、进一步地，所述甲基丙烯酸甲酯预聚物和所述引发剂微胶囊的重量比为（20-30）:1。

7、进一步地，所述明胶、所述六偏磷酸钠和所述戊二醛的重量比为（2.2-2.7）:（1.5-1.8）:（2.0-2.3）。

8、进一步地，所述引发剂微胶囊的芯材为引发剂，所述引发剂包括过氧化苯甲酰，所述引发剂和所述明胶的重量比为（1-2）:（1-2）。

9、进一步地，所述甲基丙烯酸甲酯预聚物的制备包括以下过程：

10、将重量比为100:（1-3）的甲基丙烯酸甲酯和光引发剂进行搅拌混合，随后于光强为10mw/cm2-20mw/cm2、光照距离为10cm-20cm的条件下进行紫外光照1.5h-2.5h，得到所述甲基丙烯酸甲酯预聚物；

11、其中，所述光引发剂包括2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦‌。

12、进一步地，所述引发剂微胶囊的制备包括以下过程：

13、将明胶、六偏磷酸钠和水进行搅拌混合，得到复配凝聚体系；

14、向所述复配凝聚体系中加入重量百分数为20wt%-30wt%的引发剂芯材水溶液进行搅拌乳化，乳化结束后调节体系ph至4.5～5.0并加入戊二醛继续搅拌进行交联固化，过滤、洗涤和干燥，得到所述引发剂微胶囊。

15、第二方面，基于同一个发明构思，本发明提供了一种第一方面所述的热塑性预浸料用组合物在制备热塑性预浸料和低空飞行器用结构件中的应用。

16、第三方面，基于同一个发明构思，本发明提供了一种热塑性预浸料包括：

17、第一方面所述的热塑性预浸料用组合物；以及

18、增强体，所述增强体包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维中的至少一种。

19、进一步地，所述热塑性预浸料的固化温度为80℃-120℃；

20、和/或，所述热塑性预浸料的固化压力为0.1mpa-0.5mpa；

21、和/或，所述热塑性预浸料的储存温度为20℃-30℃。

22、第四方面，基于同一个发明构思，本发明提供了一种低空飞行器用结构件包括第一方面所述的热塑性预浸料用组合物或第二方面所述的热塑性预浸料。

23、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

24、本发明实施例提供了一种热塑性预浸料用组合物及其应用、热塑性预浸料、低空飞行器用结构件，相较于现有技术，本发明主要通过选取特定甲基丙烯酸甲酯预聚物和特定引发剂微胶囊进行搭配使用，并控制两者用量比例，通过用“b-stage（部分聚合）适宜粘度甲基丙烯酸甲酯预聚物（80-120 pa·s，常温稳定+铺覆适中）”+ “明胶/六偏磷酸钠/戊二醛壳微胶囊化引发剂（粒度100-200μm，常温隔离、成型破壁释放）”+ “≥20:1 用量配比（匹配残留双键、保韧性）”， 三元协同实现能够常温长期储存以及在低温、低压力条件下完成固化成型，同时具有良好铺覆性能和复合材料成型适应性的预浸料体系，从而满足低空飞行器复合材料等领域的制造需求。

1.一种热塑性预浸料用组合物，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热塑性预浸料用组合物，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯预聚物和所述引发剂微胶囊的重量比为（20-30）:1。

3.根据权利要求1所述的热塑性预浸料用组合物，其特征在于，所述明胶、所述六偏磷酸钠和所述戊二醛的重量比为（2.2-2.7）:（1.5-1.8）:（2.0-2.3）。

4.根据权利要求1所述的热塑性预浸料用组合物，其特征在于，所述引发剂微胶囊的芯材为引发剂，所述引发剂包括过氧化苯甲酰，所述引发剂和所述明胶的重量比为（1-2）:（1-2）。

5.根据权利要求1所述的热塑性预浸料用组合物，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯预聚物的制备包括以下过程：

6.根据权利要求1所述的热塑性预浸料用组合物，其特征在于，所述引发剂微胶囊的制备包括以下过程：

7.一种热塑性预浸料用组合物在制备热塑性预浸料和低空飞行器用结构件中的应用。

8.一种热塑性预浸料，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的热塑性预浸料，其特征在于，所述热塑性预浸料的固化温度为80℃-120℃；

10.一种低空飞行器用结构件，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的热塑性预浸料用组合物或权利要求8-9任一项所述的热塑性预浸料。