技术领域
[0001] 本
发明属于纤维加强
树脂材料技术领域，具体涉及一种纤维预浸料、纤维预浸板及纤维预浸料的制备方法。
背景技术
[0002] 纤维树脂预浸料以其轻质、高强度，耐化学
腐蚀以及良好的电学性能而广泛应用于航空航天、建筑，体育以及农业等领域。在纤维树脂预浸料中，通常会加入纤维
增强材料，基体树脂通过
固化将纤维增强材料黏结为整体，起到传递
载荷的作用，并赋予
复合材料各种优良的综合性能，如电绝缘性、
耐腐蚀性、耐高温性、工艺性等。
[0003] 现有制备纤维树脂预浸料的方法主要有：通过刷涂的方式将呈液态的基体树脂施加到纤维布上，通过树脂材料本身的浸润性渗入纤维布中，再通
过冷却固化、化学交联固化或UV固化等方式使基体树脂固化，从而得到纤维树脂预浸料，通过多层涂刷的纤维树脂预浸料或
层压工艺形成复合板。
[0004] 现有另一种纤维树脂预浸料的制备方法为：采用热塑性树脂膜和纤维布进行叠层
热压，通过高温将热塑性树脂膜融化，进而使纤维布和热塑性树脂相互浸润，制得纤维树脂预浸料。
[0005] 上述现有的纤维树脂预浸料的制备方法的主要不足有：现有制备方法对于树脂本身的
粘度、流动性以及树脂与纤维布之间的
亲和性等具有较高的要求，若树脂的粘度较大、流动性差或亲和性较差的话，进行树脂与纤维布的浸润时，树脂难以充分在纤维布上流动，导致浸润不充分，形成气泡等问题，造成纤维树脂预浸料的性能较差。
发明内容
[0006] 针对现有纤维树脂预浸料中存在树脂和纤维材料之间浸润性差的问题，本发明提供了一种纤维预浸料、纤维预浸板及纤维预浸料的制备方法。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0008] 提供一种纤维预浸料制备方法，包括以下步骤：
[0009] 准备纤维编织料，在纤维编织料上形成导电微层；
[0010] 使纤维编织料和树脂粉末带相反电荷，将树脂粉末
覆盖至纤维编织料上；
[0011] 将树脂粉末熔融，使熔融后的树脂粘附于纤维编织料表面；
[0012] 得到纤维预浸料。
[0013] 可选地，所述纤维编织料为非导电纤维材料。
[0014] 可选地，所述纤维编织料包括玻璃纤维、芳纶纤维、
玄武岩纤维、
生物纤维、
硼纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
[0015] 可选地，所述树脂粉末为热塑性树脂。
[0016] 可选地，所述树脂粉末包括聚乙烯、聚丙烯、聚缩
醛、聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二
甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚
萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚
酮、聚醚醚酮、聚
碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚
氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。
[0017] 可选地，所述“准备纤维编织料，在纤维编织料上形成导电微层”包括：
[0018] 准备纤维编织料；
[0019] 配置导电溶液：将3～5重量份的乙烯-
马来酸酐交替共聚物，1～5重量份的环
氧丙烯酸树脂加入到100重量份的去离子
水中，搅拌10～20min，在超声作用下加入0.5～4.5重量份的导电剂，得到导电液；
[0020] 将纤维编织料浸入到导电液中，在超声作用下浸泡10～40min，去除超声作用后静置10～20min，取出后在80～120℃的
真空环境下烘干，在纤维编织料上形成导电微层。
[0021] 可选地，所述导电剂包括碳
纳米管和
石墨烯中的一种或多种。
[0022] 可选地，所述“使纤维编织料和树脂粉末带相反电荷，将树脂粉末覆盖至纤维编织料上”包括：
[0023] 将树脂粉末置于粉末静电
喷涂机中，将纤维编织布接入静
电场的正极，静电粉末喷涂机的
喷枪接入静电场的负极进行粉末喷涂，将树脂粉末覆盖至纤维编织料的表面。
[0024] 可选地，所述静电粉末喷涂机的静电场
电压为50～100kV，静电
电流为5～15μA，供粉气压为0.2～0.5MPa，喷枪与纤维编织布之间的喷涂距离为0.1～0.5m，喷粉量为12～20g/min，每平方米的喷涂时间为5～15min。
[0025] 可选地，所述树脂粉末的颗粒直径为20～50μm。
[0026] 可选地，所述“将树脂粉末熔融，使熔融后的树脂粘附于纤维编织料表面”中，熔融时间为1～2min。
[0027] 可选地，所述“将树脂粉末熔融，使熔融后的树脂粘附于纤维编织料表面”之后还包括：
[0028] 将粘附树脂的纤维编织料进行热压浸润，压
力为1～5MPa，
温度220～260℃，浸润时间为2～10min，使树脂浸润至纤维编织料的纤维
丝束中。
[0029] 本发明还提供了一种纤维预浸料，包括纤维编织料和树脂，所述树脂浸润于所述纤维编织料的内部，所述纤维编织料与所述树脂
接触的表面上形成有导电微层。
[0030] 可选地，所述纤维编织料为非导电纤维材料。
[0031] 可选地，所述纤维编织料包括玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、生物纤维、硼纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
[0032] 可选地，所述树脂为热塑性树脂。
[0033] 可选地，所述树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚缩醛、聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。
[0034] 可选地，所述导电微层包括以下组分：
[0035] 乙烯-马来酸酐交替共聚物3～5重量份，环氧丙烯酸树脂1～5重量份和导电剂0.5～4.5重量份。
[0036] 可选地，所述导电剂包括
碳纳米管和
石墨烯中的一种或多种。
[0037] 本发明还提供了一种纤维预浸板，由多层如上所述的纤维预浸料叠层热压得到。
[0038] 根据本发明提供的纤维预浸料制备方法，通过在纤维编织料上形成导电层，使得纤维编织料的表面具有导电和储存电荷的能力，进而能够将纤维编织料和树脂粉末带上相反的电荷，通过异种电荷相互吸引的原理使得树脂粉末能够与纤维编织料的纤维束形成覆盖效果，再将树脂粉末熔融，使得熔融后的树脂和纤维编织料之间能够形成较好的浸润效果，相比于
现有技术，本发明提供的纤维预浸料制备方法能够有效减低对树脂粘度、流动性和亲和性的要求，改善了树脂与纤维编织料的浸润效果，使得纤维预浸料的材料性能得到提升，适用于现有各类纤维编织料和树脂材料。
具体实施方式
[0039] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合
实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040] 本发明提供了一种纤维预浸料制备方法，包括以下步骤：
[0041] 准备纤维编织料，在纤维编织料上形成导电微层；
[0042] 使纤维编织料和树脂粉末带相反电荷，将树脂粉末覆盖至纤维编织料上；
[0043] 将树脂粉末熔融，使熔融后的树脂粘附于纤维编织料表面；
[0044] 得到纤维预浸料。
[0045] 所述纤维预浸料制备方法中，在纤维编织料上形成导电层，使得纤维编织料的表面具有导电和储存电荷的能力，进而能够将纤维编织料和树脂粉末带上相反的电荷，通过异种电荷相互吸引的原理使得树脂粉末能够与纤维编织料的纤维束形成覆盖效果，再将树脂粉末熔融，使得熔融后的树脂和纤维编织料之间能够形成较好的浸润效果，相比于现有技术，本发明提供的纤维预浸料制备方法能够有效减低对树脂粘度、流动性和亲和性的要求，改善了树脂与纤维编织料的浸润效果，使得纤维预浸料的材料性能得到提升，适用于现有各类纤维编织料和树脂材料。
[0046] 所述纤维编织料为多孔编织结构，通过多根纤维束相互编织得到，所述纤维束由多根纤维构成，根据所述导电层中导电材料的规格大小以及导电层与纤维束的浸润性，可以理解的，所述导电层可以是覆盖于所述纤维编织料的纤维束表面，或是部分浸入于所述纤维束的内部。
[0047] 将树脂设置为粉末状态，有利于树脂对所述纤维编织料的内部孔隙的覆盖。
[0048] 在本发明的一些实施例中，所述纤维编织料为非导电纤维材料，所述导电微层对非导电纤维材料的提升较为明显，使得所述非导电纤维材料具有
导电性能，提高其与带异种电荷的树脂粉末之间的吸引力。
[0049] 具体的，所述纤维编织料包括玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、生物纤维、硼纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。所述生物纤维指的是
纤维素纤维和蛋白纤维，如
棉纤维等。
[0050] 所述纤维编织料优选采用纤维布的形式，所述纤维布可采用3K或6K或12K或24K的方格布或单向布，可以是一种或几种组合，3K或6K或12K或24K指代的是单束纤维束中的纤维根数，单向布是一种粗
经纱和细
纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物，其特点是在经纱主向0度方向上具有高强度；而方格布则是通过纤维形成相互垂直的网格，以纵向纤维束的方向为0度方向，以横向纤维束的方向为90度方向，则方格布在0度方向和90度方向均具有较优的拉伸强度。
[0051] 在一些实施例中，所述纤维编织料采用玻纤纤维布，所述玻纤纤维布的
单层克重为100～400g/m2。
[0052] 在一些实施例中，所述纤维编织料还可加入短切纤维和/或长切纤维以提高其纤维预浸料力学性能以及纤维编织料与树脂之间的结合力。
[0053] 在本发明的一些实施例中，所述树脂粉末为热塑性树脂。
[0054] 本发明提供的纤维预浸料制备方法尤其适用于热塑性树脂材料，理由在于：现有热塑性树脂材料存在粘度大，流动性差的问题较为明显，通过本发明提供的纤维预浸料制备方法能够将树脂粉末与纤维编织料预先结合，熔融后实现树脂与纤维编织料的充分浸润，降低了对树脂流动性要求，有效解决该问题。
[0055] 具体的，所述树脂粉末包括聚乙烯、聚丙烯、聚缩醛、聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。更优选的，所述树脂粉末采用热塑性聚氨酯。
[0056] 需要说明的是，在一些实施例中，所述树脂粉末也可采用热固性树脂材料。
[0057] 在本发明的一些实施例中，所述“准备纤维编织料，在纤维编织料上形成导电微层”包括：
[0058] 准备纤维编织料；
[0059] 配置导电溶液：将3～5重量份的乙烯-马来酸酐交替共聚物，1～5重量份的环氧丙烯酸树脂加入到100重量份的去离子水中，搅拌10～20min，在超声作用下加入0.5～4.5重量份的导电剂，得到导电液；
[0060] 将纤维编织料浸入到导电液中，在超声作用下浸泡10～40min，去除超声作用后静置10～20min，取出后在80～120℃的真空环境下烘干，在纤维编织料上形成导电微层。
[0061] 所述纤维编织料可为自制或市售得到。
[0062] 所述导电剂为所述导电液中起导电功能的导电材料，所述导电剂包括碳纳米管和石墨烯中的一种或多种，更优选的，所述碳纳米管的重量组分为0.5～3份，所述石墨烯的重量组分为0.1～1.5份，需要说明的是，在其他实施例中，所述导电剂也可采用具有导电功能的材料，如金属导电颗粒等。
[0063] 相对于现有的其他导电材料，所述纳米碳管和所述石墨烯具有导电率高、热
稳定性强的优点，另一方面，所述纳米碳管和所述石墨烯对树脂材料具有一定的补强作用，有利于纤维预浸料力学性能的提高。
[0064] 所述乙烯-马来酸酐交替共聚物和环氧丙烯酸树脂作为所述导电剂在导电液中的分散剂以及所述导电剂和所述纤维编织料之间的粘结剂，有利于提高所述导电剂在导电液中的分散性，同时提高所述导电剂和所述纤维编织料之间的粘附性，保证导电微层的导电效果。
[0065] 在本发明的一些实施例中，所述“使纤维编织料和树脂粉末带相反电荷，将树脂粉末覆盖至纤维编织料上”包括：
[0066] 将树脂粉末置于粉末静电喷涂机中，将纤维编织布接入静电场的正极，静电粉末喷涂机的喷枪接入静电场的负极进行粉末喷涂，将树脂粉末覆盖至纤维编织料的表面。
[0067] 其中，所述静电粉末喷涂机的静电场电压为50～100kV，优选为75kV；静电电流为5～15μA，优选为10μA；供粉气压为0.2～0.5MPa，优选为0.4MPa；喷枪与纤维编织布之间的喷涂距离为0.1～0.5m，优选为0.3m；喷粉量为12～20g/min，优选为15g/min；每平方米的喷涂时间为5～15min，优选为10min。
[0068]
发明人通过大量实验发现，当静电喷涂的参数条件控制在上述范围内时，有利于所述树脂粉末在纤维编织料上全面覆盖。
[0069] 在本发明的一些实施例中，所述树脂粉末的颗粒直径为20～50μm，优选为30μm。
[0070] 在本发明的一些实施例中，所述“将树脂粉末熔融，使熔融后的树脂粘附于纤维编织料表面”中，熔融时间为1～2min，当采用的树脂粉末为热塑性聚氨酯时，熔融
温度控制在220～260℃，以使树脂粉末完全熔融并避免温度过高对树脂本身性质的改变。
[0071] 在不同的实施例中，本领域技术人员可根据采用的树脂粉末的材料特性选择不同的熔融温度。
[0072] 在本发明的一些实施例中，所述“将树脂粉末熔融，使熔融后的树脂粘附于纤维编织料表面”之后还包括：
[0073] 将粘附树脂的纤维编织料进行热压浸润，压力为1～5MPa，优选3MPa；温度220～260℃，优选235℃；浸润时间为2～10min，优选5min，使树脂浸润至纤维编织料的纤维束中，实现充分浸润。
[0074] 本发明还提供了一种纤维预浸料，包括纤维编织料和树脂，所述树脂浸润于所述纤维编织料的内部，所述纤维编织料与所述树脂接触的表面上形成有导电微层。
[0075] 本发明提供的纤维预浸料中，通过形成于所述纤维编织料表面上的导电微层，使得所述纤维编织料适用于静电喷涂，进而提高了纤维编织料和树脂之间的浸润效果。
[0076] 所述纤维预浸料可由上述制备方法制备得到。
[0077] 对应的，在本发明的一些实施例中，所述纤维编织料为非导电纤维材料。
[0078] 所述纤维编织料包括玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、生物纤维、硼纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
[0079] 所述树脂为热塑性树脂。
[0080] 所述树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚缩醛、聚苯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。
[0081] 所述导电微层包括以下组分：
[0082] 乙烯-马来酸酐交替共聚物3～5重量份，环氧丙烯酸树脂1～5重量份和导电剂0.5～4.5重量份。
[0083] 所述导电剂包括碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
[0084] 本发明还提供了一种纤维预浸板，由多层如上所述的纤维预浸料叠层热压得到。
[0085] 根据不同需求，将不同层数的单层纤维预浸料进行叠层热压，即可得到不同厚度的纤维预浸板。
[0086] 以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
[0087] 实施例1
[0088] 本实施例用于说明本发明公开的纤维预浸料、纤维预浸板及其制备方法，包括以下步骤：
[0089] 以重量份计，将乙烯-马来酸酐交替共聚物(EMA)4份和环氧丙烯酸树脂2份，加入到100份去离子水中，用机械揽拌器高速搅拌10-20min；在超声作用下加入碳纳米管1.5份，并继续搅拌10-20min，制成导电液。
[0090] 将200g/m2的玻纤纤维布浸入上述导电液，在超声作用下浸泡20min；去除超声作用后静置10-20min，取出后在90℃的真空烘箱中进行烘干待用。
[0091] 将热塑性聚氨酯树脂PA66粉末(直径30μm)置于粉末静电喷涂机，将上步得到的玻纤纤维布接入静电场的正极，静电粉末喷涂机喷枪接入静电场的负极进行粉末喷涂，静电电压75kV，静电电流10μA，供粉气压0.4MPa,喷涂距离0.3m，喷粉量15g/min，每平米喷涂10min。
[0092] 将上步均匀覆盖树脂粉末的玻纤纤维布在
烤箱中进行熔融1-2min，温度为235℃，使树脂粉末熔融粘附于玻纤纤维布表面。
[0093] 将上步所得纤维布进行热压浸润，压力为3MPa，温度235℃，浸润时间5min，使玻纤纤维布表面树脂充分浸润纤维束，即得到单层的热塑性玻璃纤维预浸布。
[0094] 在热压浸润的同样实验条件下将6层热塑性玻璃纤维预浸布叠层热压，得到预浸板。
[0095] 将得到的纤维预浸板标记为S1。
[0096] 实施例2
[0097] 本实施例用于说明本发明公开的纤维预浸料、纤维预浸板及其制备方法，包括如实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：
[0098] 以重量份计，将乙烯-马来酸酐交替共聚物(EMA)4份和环氧丙烯酸树脂2份，加入到100份去离子水中，用机械揽拌器高速搅拌10-20min；在超声作用下加入碳纳米管1.5份，石墨烯0.5份，并继续搅拌10-20min，制成导电液。
[0099] 将得到的纤维预浸板标记为S2。
[0100] 实施例3
[0101] 本实施例用于说明本发明公开的纤维预浸料、纤维预浸板及其制备方法，包括如实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：
[0102] 以重量份计，将乙烯-马来酸酐交替共聚物(EMA)3份和环氧丙烯酸树脂5份，加入到100份去离子水中，用机械揽拌器高速搅拌10-20min；在超声作用下加入碳纳米管3份，并继续搅拌10-20min，制成导电液。
[0103] 将得到的纤维预浸板标记为S3。
[0104] 实施例4
[0105] 本实施例用于说明本发明公开的纤维预浸料、纤维预浸板及其制备方法，包括如实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：
[0106] 将热塑性聚氨酯树脂PA66粉末(直径50μm)置于粉末静电喷涂机，将上步得到的玻纤纤维布接入静电场的正极，静电粉末喷涂机喷枪接入静电场的负极进行粉末喷涂，静电电压100kV，静电电流15μA，供粉气压0.5MPa,喷涂距离0.5m，喷粉量15g/min，每平米喷涂7min。
[0107] 将得到的纤维预浸板标记为S4。
[0108] 实施例5
[0109] 本实施例用于说明本发明公开的纤维预浸料、纤维预浸板及其制备方法，包括如实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：
[0110] 将上步均匀覆盖树脂粉末的玻纤纤维布在烤箱中进行熔融1-2min，温度为260℃，使树脂粉末熔融粘附于玻纤纤维布表面。
[0111] 将上步所得纤维布进行热压浸润，压力为5MPa，温度260℃，浸润时间10min，使玻纤纤维布表面树脂充分浸润纤维束，即得到单层的热塑性玻璃纤维预浸布。
[0112] 将得到的纤维预浸板标记为S5。
[0113] 对比例1
[0114] 本对比例用于对比说明本发明公开的纤维预浸料、纤维预浸板及其制备方法，包括以下步骤：
[0115] 采用PA66热塑性聚氨酯树脂膜与玻纤纤维布进行叠层热压，热压的压力为3MPa，温度235℃，浸润时间5min，使PA66热塑性聚氨酯树脂膜熔融并充分浸润玻纤纤维布，即得到单层的热塑性玻璃纤维预浸布。
[0116] 在热压的同样实验条件下将6层热塑性玻璃纤维预浸布叠层热压，得到预浸板。
[0117] 将得到的纤维预浸板标记为D1。
[0118] 性能测试
[0119] 对上述制备得到的纤维预浸板S1～S5以及D1进行如下性能测试：
[0120] 拉伸强度测试：采用GB/T1447-2005标准进行拉伸实验；
[0121] 弯曲强度测试：采用GB/T1449-2005标准进行弯曲实验。
[0122] 得到的测试结果填入表1。
[0123] 表1
[0124] S1 S2 S3 S4 S5 D1
拉伸强度(MPa) 398 415 391 401 396 341
弯曲强度(MPa) 422 436 420 405 418 380
[0125] 从表1的测试结果可以看出，采用本发明提供的制备方法制备得到的纤维预浸板在拉伸强度和弯曲强度上得到了较大的提升，说明本发明提供的制备方法能够有效促进树脂和纤维编织料的结合强度，达到了更好的预浸效果。
[0126] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
