一、成果介绍1、技术背景目前, 先进复合材料已经成为航空航天重要的基本结构材料之一。先进复合材料的高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好、性能可设计等优势已被世人所共识, 显示了复合材料高比强高比模的突出优势。碳纤维预浸料作为复合材料理想的中间材料，其性能和质量稳定性的提高对于复合材料的应用具有十分重要的意义。复合材料的可设计性主要是通过调整预浸料的规格、厚度、取向及铺放位置等得以实现，预浸料的质量、形式及加工物性等先天条件与复合材料的成型过程密切关联，并直接影响到复合材料制件的品质，可见预浸料在复合材料制备过程中的重要地位。当前常规单向预浸料的单层厚度一般在0.10-0.25 mm左右，面密度一般在120-300 g/m2。所谓超薄预浸料是指单层厚度可达0.025 mm 左右甚至更小的预浸料。超薄预浸料对于复合材料结构优化设计、提高复合材料的使用效能具有非常重要的意义。2、成果描述本技术采用热熔工艺制备得到超低面密度预浸料，因为这种工艺具有诸多优点：1）无溶剂,避免环境污染;2)生产效率高;3)对所用原材料有严格要求,尤其对用以作胶膜的树脂基体;4)预浸料树脂含量控制精度高;5)挥发份含量低。所以保证了复合材料性能的提高,特别是层剪性能得到改善。因此热熔预浸料是当代预浸料的重要发展方向,受到国内外许多企业及研究机构关注。热熔法制备碳纤维预浸料的过程通常为先用胶膜机制备胶膜,随后将胶膜和碳纤维均匀复合在一起。所制备超薄预浸料，单层厚度为（0.025+ 0.005）mm,该预浸料不仅粘结性优良，而且质量稳定、工艺性好。复合材料力学性能测试结果表明，由超低面密度预浸料制备的复合材料具有优异的力学性能，特别是层间断裂韧性GIC和弯曲性能比常规厚度预浸料有明显的提高。利用电子扫描显微（SEM）对复合材料的断面形貌进行了研究，结果表明超低面密度预浸料制备的复合材料具有较好的界面性能，如图1所示。 图1. 超薄预浸料断面照片：（a,c）常规预浸料；（b,d）超低面密度预浸料3、成果技术指标通过控制涂布头温度、刮刀间隙和压辊压力等，采用热熔预浸机成功连续制备出外观和物理性能合乎要求的超薄预浸料，超薄预浸料单位面积纤维重量为(30土5)g/m2,单层压厚可以达到(0.025土0.005 )mm。由环氧/T300超薄预浸料制备的复合材料与相应的由常规预浸料制备的复合材料的基本性能比较分析表明，由超薄预浸料制备的复合材料力学性能更高，特别是层间剪切强度和层间断裂韧性显著增强。相比常规预浸料，超薄预浸料的树脂对于纤维的浸润性更好，纤维与树脂具有更强的界面粘结性能，这是超薄预浸料制备的复合材料具有优异的力学性能的重要原因。4、应用领域碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能,在航空领域特别是飞机制造业中应用广泛。统计显示,目前,碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%-80%,在军用飞机上占30%-40%,在大型客机上占15%-50%。金属结构材料采用碳纤维复合材料后不仅可以减轻机身质量,而且还可以保证不损失强度或刚度,大大提高了燃油经济性。新一代的客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。目前，世界上大部分碳纤维都是以预浸料形式应用的。虽然预浸料工艺和树脂体系配方目前仍是各大公司厂家的专利，不同规格、品种、性能的预浸料已经商业化，广泛用于航空航天和国民经济各个领域（如图2所示）。图2 碳纤维预浸料的应用领域二、中试试验进度安排第一阶段：2015.3-2015.12预浸料的中试放大利用热熔涂膜机和预浸机制备超低面密度预浸料。首先根据预浸料的面密度和树脂含量，确定涂膜厚度，设置涂膜机相应参数，然后制备好环氧树脂胶膜待用。最后根据预浸料厚度要求设置辊距、牵引力、转速等参数，启动预浸机制备超低面密度预浸料，表1为制备工艺参数。表1、预浸料制备工艺参数设备热板温度（℃）热辊温度（℃）转速（m/min）涂膜机10510515-20预浸机120~1251252.3-2.5第二阶段2016.1-2016.6复合材料成型工艺T300超低面密度预浸料制备复合材料成型工艺:130℃/1h+ 180℃/2h,130℃开始加压0.5MP，180℃加压6MP并保压。第三阶段2016.7-2016.12性能测试与表征采用扫描电镜观察复合材料断面的微观形貌；采用动态力学分析仪对材料的动态力学性能进行分析，频率为1Hz，温度范围：0～250℃ ，升温速率为10℃／min；采用旋转黏度计测定树脂黏度；使用差热分析扫描仪检测固化工艺。三、项目经费预算本项目中试经费预算为600万元，主要的生产包括三个工段：树脂配混工段、树脂涂膜工段和预浸复合工段。（1）设备投资估算：树脂配混工段序号设备名称规格/型号数量单价（万元）备注1250L多功能真空搅拌釜JBF-250L1台120实时加热，温度达200℃，可冷却到室温；可刮壁刮底，同时可高速混料。2三辊研磨机1台53行星搅拌器1台54固化炉1台20内尺寸：1m*1m*2m5固化炉1台35内尺寸：1m*1m*1m6分散机1台5合计190树脂涂膜和预浸复合工段序号设备名称规格/型号数量单价（万元）备注1胶膜机JMJ-3001台160含射线在线监测设备2复合机FHJ-3001台1603组电加热辊工作温度150℃合计320（2）中试放大试验费、论证费、材料费等其他支出共计90万元。