一种轻质无人机壳体用预浸料及其制备方法
【专利摘要】一种轻质无人机壳体用预浸料及其制备方法，涉及一种预浸料及其制备方法。本发明的预浸料由环氧树脂体系浸透增强材料而成，所述环氧树脂体系按照质量百分比由30~80%的环氧树脂混合物、1~20%的纳米粒子、1~10%的空心微球和5~40%的固化剂体系混合物组成，其中：环氧树脂混合物按质量百分比由20~60%的固态或半固态环氧树脂和40~80%液态环氧树脂混合而成，固化剂体系混合物是按质量百分比由40~90%的固化剂和10~60%的促进剂混合而成。此预浸料可以在60℃固化、适用于低压成型工艺，如真空袋成型工艺等，固化后的预浸料具有密度小、强度高、介电性能优异，适用于制备轻质、高强，尤其是具有透波要求的无人机壳体。
【专利说明】-种捏质无人机壳体用预浸料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种预浸料及其制备方法，具体涉及一种无人机壳体用预浸料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 无人机壳体作为机体平台要具有W下特点；结构重量轻、成本低、长储存寿命等特 点。无人机对减重要求较高，只有将结构重量系数控制在30% W下才能腾出重量空间让给 燃油、有效载荷、补偿隐身带来的增重，满足轻结构、长航时、高隐身、高机动等技术要求。据 统计目前世界上各种先进的无人机复合材料的用量一般占机体结构总重的60-80%，有些并 是全复合材料飞机。复合材料的应用对于无人机壳体具有W下意义：（1)利用先进复合材 料高比强度、高比刚度的特性实现减重，（2)复合材料在设计和制造技术便于大面积整体成 形，可W实现高度翼身融合的飞翼式总体布局。
[0003] 目前用于制备复合材料无人机壳体的方法主要是湿法手糊工艺和预浸料铺放工 艺，其中预浸料铺放成型工艺具有质量均匀、树脂含量可控、质量轻等特点，因此是制备高 性能复合材料无人机壳体的主要方法。目前没有专口用于轻质无人机壳体的预浸料，而普 通的预浸料固化温度高(一般在12(TC左右)，而且需要热压罐等高压成型工艺，制造成本 高，并且固化后复合材料密度较大，如碳纤维/环氧树脂基复合材料的密度在1. 6g/cm3,未 能充分达到降低无人机壳体制造成本和充分减重的目的。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有用于无人机壳体的预浸料固化温度高、需要高压成型、密度大的的 问题，本发明提供了一种轻质无人机壳体用预浸料及其制备方法。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的： 一种轻质无人机壳体用预浸料，W环氧树脂为基体材料，由环氧树脂体系浸透增强材 料而成，所述环氧树脂体系按照质量百分比由3(T80%的环氧树脂混合物、广20%的纳米粒 子、广10%的空也微球和5^40%的固化剂体系混合物组成，其中：环氧树脂混合物按质量百 分比由2(T60%的固态或半固态环氧树脂和4(T80%液态环氧树脂混合而成，固化剂体系混 合物是按质量百分比由40、0%的固化剂和1(T60%的促进剂混合而成。
[0006] -种上述轻质无人机壳体用预浸料的制备方法，其具体步骤如下： 一、 将环氧树脂混合物在干燥的容器内加热到5(Tl3(rC，恒温0. 5^2小时，得烙融的环 氧树脂，向其中加入纳米粒子和空也微球，在容器内W 200(T5000转/min的转速揽拌，并在 5(Tl4(rC下恒温0.广3小时得到环氧树脂预聚物； 二、 将固化剂在干燥的容器内加热到5(TlO(rC，恒温5^20小时，向其中加入促进剂，在 容器内W 170(T3000转/min的转速进行揽拌0. 5^化，得到固化剂体系混合物； H、将步骤一中的环氧树脂预聚物和步骤二中的固化剂体系混合物加入到干燥的容器 内，混合均匀得到预浸料树脂基体； 四、 将步骤H中得到的预浸料树脂基体在4(Ti〇(rc的条件下恒温聚合1(T200分钟； 五、 W聚合的环氧树脂体系为基体材料与增强材料用热烙法制备预浸料。
[0007] 本发明的优点如下： 1、此预浸料可W在6(TC固化、适用于低压成型工艺，如真空袋成型工艺等，固化后的预 浸料具有密度小、强度高、介电性能优异，适用于制备轻质、高强，尤其是具有透波要求的无 人机壳体。
[0008] 2、此方法具有工艺简单、生产能力高等特点，具有重要的实际应用价值。
【具体实施方式】
[0009] 下面对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术 方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明 的保护范围中。
【具体实施方式】 [0010] 一：一种轻质、可6(TC固化环氧树脂预浸料由轻质、可6(TC固化 环氧树脂体系浸透增强材料而成，其中：轻质、可6(TC固化环氧树脂按照质量百分比由 3(T80%的环氧树脂混合物、广20%的纳米粒子、广10%的空也微球和5^40%的固化剂体系 混合物组成，其中：环氧树脂混合物按质量百分比由2(T60%的固态或半固态环氧树脂和 4(T80%液态环氧树脂混合而成，固化剂体系混合物按质量百分比由40、0%的固化剂和 1(T60%的促进剂混合而成。
[0011] 本实施方式设计的预浸料的最低固化温度为6(TC，较低的固化温度可W降低复 合材料产品的制造成本，提高产品尺寸稳定性；此预浸料适用于真空成型等低压成型工艺； 此类预浸料制备的复合材料密度低于1. 3g/cm3。
[0012]
【具体实施方式】二；本实施方式与【具体实施方式】一不同的是；所述的固态或半固态 环氧树脂为双酷A型环氧树脂、双酷S型环氧树脂和酷酵环氧树脂中的一种或几种的组合； 液态环氧树脂为双酷A型环氧树脂、双酷F型环氧树脂、双酷S型环氧树脂、H官能团环氧 树脂、四官能团环氧树脂、酷酵清漆型环氧树脂和甲酵清漆型环氧树脂中的一种或几种的 组合。
【具体实施方式】 [0013] H ;本实施方式与一或二不同的是：所述的纳米粒子 为橡胶类纳米核壳粒子、氨基或轻基修饰的铁纳米粒子、氨基或轻基修饰的二氧化娃纳米 粒子中的一种。
【具体实施方式】 [0014] 四：本实施方式与一、二或H不同的是；所述的空也 微球为酷酵空也微球或表面改性的玻璃空也微球，其中空也微球的直径小于0. 01mm。
【具体实施方式】 [0015] 五；本实施方式与一至四不同的是：所述的增强材料 为高分子量聚己帰纤维、剑麻纤维、碳纤维、芳绝纤维、芳香族聚醜胺纤维中的一种或几种 的组合。纤维形式为单向纤维或者纤维织物，增强纤维编织物的单位面积质量与厚度的 比率为30(T1700 ;单位面积质量的单位为g/m2,厚度的单位为mm ;增强纤维束的Tex数为 100?10000。
[0016]
【具体实施方式】六；本实施方式提供了一种轻质、可6(TC固化环氧树脂预浸料的制 备方法，具体是按W下步骤完成的： 一、将环氧树脂混合物在干燥的容器内加热到5(Tl3(rC，恒温0. 5^2小时，得烙融的环 氧树脂，向其中加入纳米粒子和空也微球，在容器内W 200(T5000转/min的转速揽拌，并在 5(Tl4(rC下恒温0.广3小时得到环氧树脂预聚物； 二、将固化剂在干燥的容器内加热到5(TlO(rC，恒温5^20小时，向其中加入促进剂，在 容器内W 170(T3000转/min的转速进行揽拌0. 5^化，得到固化剂体系混合物； H、将步骤一中的环氧树脂预聚物和步骤二中的固化剂体系混合物加入到干燥的容器 内，混合均匀得到预浸料树脂基体； 四、 将步骤H中得到的预浸料树脂基体在4(TlO(rC的条件下恒温聚合1(T200分钟； 五、 W聚合的环氧树脂体系为基体材料与增强材料用热烙法制备预浸料，所述环氧树 脂体系按照质量百分比由30?80wt. %的环氧树脂混合物、1?20wt. %的纳米粒子、1?IOwt. % 的空也微球和5^40wt. %的固化剂体系混合物组成，其中：环氧树脂混合物按质量百分比由 2(T60wt. %的固态或半固态环氧树脂和4(T80%液态环氧树脂混合而成，固化剂体系混合物 中固化剂的用量为4(T90wt. %，促进剂的用量为l(T60wt. %。
[0017]
【具体实施方式】走；本实施方式与【具体实施方式】六不同的是；所述步骤四中的热烙 法制备预浸料方法为：先在涂膜温度为5(Ti4(rc的条件下将聚合的中温固化环氧树脂制 备成胶膜，再将制备好的胶膜与增强材料在预浸温度为5(Ti4(rc的条件下进行热烙预浸。
【具体实施方式】八：本实施方式与【具体实施方式】六至走不同的是：所述的步骤四中的增 强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳绝纤维、芳香族聚醜胺纤维、高分子量聚己帰纤维和玄武岩 纤维中的一种或几种的组合。
【具体实施方式】 [0018] 九；本实施方式与六至八不同点是：所述的纤维经过 化咯单体和FeCls的饱和溶液浸泡1(T30 min,浸泡温度为l(T9(rC。
[0019]
【具体实施方式】十；一种轻质无人机壳体用预浸料的制备方法，具体是按W下步骤 完成的： 一、 将双酷A型固体环氧树脂CYDO12、H官能团液态环氧树脂TDE85在干燥的容器内加 热到120。恒温1小时，得烙融的环氧树脂，向其中加入氨基修饰的铁纳米粒子和空也玻 璃微球，在容器内W 2000转/min的转速进行揽拌，并在12CTC下恒温1小时，得到环氧树脂 预聚物； 二、 将固化剂双氯胺在干燥的容器内加热到7(TC，恒温8小时，在其中加入促进剂纯 化咪哇，在容器内进行W 2000转/min的转速进行揽拌比，得到固化剂体系混合物；该固 化剂体系混合物中按质量百分比加入的固化剂双氯胺为72. 7% ;加入的促进剂纯化咪哇为 27. 3% ； H、将步骤一中的环氧树脂预聚物和步骤二中的固化剂体系混合物加入到干燥的容器 内，混合均匀，即得到轻质、可6(TC固化环氧树脂体系，该组合物中各成分的质量百分比为： 双酷A型环氧树脂YDO12为40%，H官能团环氧树脂TDE85为35%，氨基修饰的铁纳米粒子 为5%，空也玻璃微球为10%，固化剂体系混合物为10%。
[0020] 四、将步骤H中得到的环氧树脂体系在8(TC，恒温聚合30分钟；W聚合的环氧树 脂为基体材料与增强材料(二者重量比为6:5)，用热烙法制备预浸料；所述的增强材料为 分子量在130万的聚己帰纤维，经过化咯单体和FeCls的饱和溶液浸泡15min，浸泡温度为 50 〇C。
[0021] 本实施方式所得的预浸料的工艺性能如表1所示。
[0022] 表I预浸料工艺性能
【权利要求】
1. 一种轻质无人机壳体用预浸料，由环氧树脂体系浸透增强材料而成，其特征在于所 述环氧树脂体系按照质量百分比由30~80%的环氧树脂混合物、1~20%的纳米粒子、1~10% 的空心微球和5~40%的固化剂体系混合物组成，其中：环氧树脂混合物按质量百分比由 20?60%的固态或半固态环氧树脂和40?80%液态环氧树脂混合而成，固化剂体系混合物是 按质量百分比由4(T90%的固化剂和1(T60%的促进剂混合而成。
2. 根据权利要求1所述的轻质无人机壳体用预浸料，其特征在于所述固态或半固态环 氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一种或几种的组合；液 态环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、三官能团环氧树 月旨、四官能团环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂和甲醛清漆型环氧树脂中的一种或几种的组 合。
3. 根据权利要求1所述的轻质无人机壳体用预浸料，其特征在于所述纳米粒子为橡胶 类纳米核壳粒子、氨基或羟基修饰的钛纳米粒子、氨基或羟基修饰的二氧化硅纳米粒子中 的一种。
4. 根据权利要求1所述的轻质无人机壳体用预浸料，其特征在于所述空心微球为酚醛 空心微球或表面改性的玻璃空心微球，其空心微球的直径小于0. 01mm。
5. 根据权利要求1所述的轻质无人机壳体用预浸料，其特征在于所述增强材料为高分 子量聚乙烯纤维、剑麻纤维、碳纤维、芳纶纤维、芳香族聚酰胺纤维中的一种或几种的组合。
6. 根据权利要求5所述的轻质无人机壳体用预浸料，其特征在于所述纤维形式为单向 纤维或者纤维织物。
7. 根据权利要求5所述的轻质无人机壳体用预浸料，其特征在于所述增强材料的单位 面积质量与厚度的比率为300~1700 ;单位面积质量的单位为g/m2,厚度的单位为mm ;增强 纤维束的Tex数为10(Tl0000。
8. -种权利要求1-7任一权利要求所述轻质无人机壳体用预浸料的制备方法，其特征 在于所述方法具体步骤如下： 一、 将环氧树脂混合物在干燥的容器内加热到5(T130°C，恒温0. 5~2小时，得熔融的环 氧树脂，向其中加入纳米粒子和空心微球，在容器内以2000~5000转/min的转速搅拌，并在 5(T140°C下恒温0. 3小时得到环氧树脂预聚物； 二、 将固化剂在干燥的容器内加热到5(Tl00°C，恒温5~20小时，向其中加入促进剂，在 容器内以1700~3000转/min的转速进行搅拌0. 5~2h，得到固化剂体系混合物； 三、 将步骤一中的环氧树脂预聚物和步骤二中的固化剂体系混合物加入到干燥的容器 内，混合均匀得到预浸料树脂基体； 四、 将步骤三中得到的预浸料树脂基体在4(T10(TC的条件下恒温聚合1(T200分钟； 五、 以聚合的环氧树脂体系为基体材料与增强材料用热熔法制备预浸料。
9. 根据权利要求8所述的轻质无人机壳体用预浸料的制备方法，其特征在于所述热熔 法制备预浸料方法为：先在涂膜温度为5(T140°C的条件下将聚合的环氧树脂体系制备成 胶膜，再将制备好的胶膜与增强材料在预浸温度为5(T140°C的条件下进行热熔预浸。
10. 根据权利要求8所述的轻质无人机壳体用预浸料的制备方法，其特征在于所述增 强材料经过吡咯单体和FeCl3的饱和溶液浸泡1(T30 min，浸泡温度为KT90°C。
【文档编号】C08J5/04GK104356605SQ201410755847
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】邳志刚, 魏鑫, 李伟, 何洪波, 刘遥 申请人:哈尔滨广龙通用航空科技有限公司