本發明屬于結構復合材料的制備技術領域，涉及一種軟印刷法制備表面有結構復合材料的方法及其復合材料。
背景技術：
連續碳纖維增強的樹脂基復合材料具有高的比強度和比剛度，在航空航天、輸油管道、高壓容器、民用體育器材等領域具有越來越廣泛的應用。連續碳纖維增強的復合材料通常由層疊的連續纖維織物和樹脂復合而成，或者通過連續纖維纏繞形成預制體，再和浸漬其中的樹脂共固化得到復合材料結構體。
復合材料的發展越來越關注材料的功能性，如飛機在防雷擊需要復合材料具有較高的導電性能夠分散雷擊電流、防冰需要復合材料具有電熱除冰能力、低黏附表面、動態表面等能夠降低水汽凝結、溶解冰層和脫附冰層的功能等。
具有特殊微觀結構表面的材料也備受關注，尤其在自然界中，一些生物在漫長的進化過程中形成了自己特有的特點，如廣為人知的荷葉結構，其表面微米級的乳突結構使其具有超疏水性質，能夠“出淤泥而不染”，超疏水涂料即根據此原理制備得到；蝴蝶表面的結構使其具有絢麗的色彩，也和具有類似光子晶體的表面微結構有關；具有鯊魚皮結構的表面能夠改善材料的氣動性能，已被用于奧運會的游泳衣中。
這些結構應用于復合材料可以使復合材料具有各種各樣的方法，現有一些方法如表面涂層技術也可以實現部分微結構的制備，如超疏水涂料可被應用于復合材料的防冰結構，但成型后再應用涂層方法增加了工藝步驟，并且因為熱膨脹系數差異和存在界面，導致涂層長期使用后易剝落失效，并且涂層方法能夠制備的微結構種類有限。因此還需要發展普適性的具有表面微結構的復合材料的制備技術。
綜上，需要發展新型的具有表面微結構的復合材料的制備技術，賦予復合材料的功能性，從而使這類復合材料滿足實際應用的需要，適應復合材料應用技術的發展。
技術實現要素：
本發明的目的：本發明針對現有技術的問題，提出了一種基于軟印刷技術的具有表面微結構的復合材料的制備技術，即先在選定的微結構表面聚合得到軟模板，再將軟模板鋪貼在復合材料預制體的表面，按復合材料相應的成型工藝成型后得到帶有表面微結構的復合材料，其表面能夠完好復制所需要的選定微結構的形貌特征，尺寸精度可以達到納米級。
本發明的目的通過以下技術方案實現：
一種軟印刷法制備表面有微結構復合材料的方法，其特征在于：(1)制備PDMS模板，即將預聚二甲基硅氧烷和交聯劑以特定比例混合，鋪展到選定微結構表面，使各部分厚度均勻，隨后在交聯固化條件下固化，固化完成后從微結構上揭下已固化的PDMS，即得到復制該微結構的PDMS反相模板；(2)將PDMS模板墊在連續纖維增強的復合材料預制體需要制備微結構的表面，微結構面朝向復合材料，按復合材料所需的成型工藝成型，成型完后冷卻至60℃以下，脫模，取出復合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微結構的復合材料。
PDMS的厚度在0.1mm～5mm之間。
微結構的表面起伏高度不大于1mm，微結構的表面起伏高度小于PDMS的厚度。
表面微結構包括天然結構和人工結構。
PDMS模板鋪貼在靠著模具的一面。
成型時工藝壓力低于1.5MPa。
成型工藝為采用RTM成型的方法，將連續纖維織物或單向帶按規定鋪層定型得到預制體，將PDMS覆蓋在需要制備微結構的表面。成型工藝為采用預浸料真空袋壓成型、預浸料模壓成型成型、預浸料熱壓罐成型、預浸料隔膜成型的方法，將預浸料按規定的鋪層得到預制體，將PDMS覆蓋在需要制備微結構的表面。
由這種方法制備得到的連續纖維增強復合材料制件。
本發明的技術方案的核心是發明了一種制備具有表面微結構的復合材料方法，利用這種方法可以使傳統的復合材料一體成型得到具有各種不同結構的功能表面，并且具有高的結構重現性，具有高精度，并且能夠很好地脫模，模板可反復使用。
本發明的優點和特點是
本發明提出了一種新型的具有表面微結構的復合材料方法以及相應的復合材料，這種連續纖維增強復合材料具有一體成型的表面微結構，避免了在表面二次制備帶來的工藝多步驟、復雜性和非一體成型具有的耐久性問題。制備工藝簡單并能兼容現有成型方法，能夠制備各種各樣的天然和人工微結構，具有高的結構重現性，具有高精度，并且能夠很好地在保持微結構形態的情況下脫模，模板可多次使用。
附圖說明
圖1是本發明具有表面荷葉結構的復合材料的電子顯微鏡圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明的設計和制備技術做進一步詳細說明。
實施例1：
本發明技術方案的實施過程如下：
(1-1)捋平荷葉，將預聚二甲基硅氧烷和交聯劑以給定比例混合，真空脫除其中含有的氣泡，再鋪展到荷葉表面，使各部分厚度均勻，鋪展厚度為0.5mm或2mm；隨后在室溫下放置12h預固化，預固化后再置于60℃烘箱中固化3h，固化完成后從荷葉上揭下已固化的PDMS，即得到復制該微結構的PDMS反相荷葉結構模板；
(1-2)取環氧樹脂預浸料，碳纖維T800、3K或M70、12K，環氧樹脂5228(中航復合材料有限責任公司產品)，共8層，按[0,90]2s鋪層得到復合材料預制體，隨后將上述制備PDMS模板平鋪在復合材料預制體需要制備微結構的表面，其中有微結構的表面朝向復合材料，將預制體放入鋁模板中，再按復合材料所需的熱壓罐成型工藝成型；成型完后冷卻至60℃以下，拆下鋁模板，取出復合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微結構的復合材料；
(1-3)上述(1-2)亦可以使用模壓成型的方法，即將制備好的帶有PDMS模板的放入模具中，通過控制間隔層厚度控制纖維體積分數，PDMS模板位于模具面和復合材料預制體之間，再用模壓成型的方法成型，得到表面具有表面荷葉結構的復合材料；
本實施例得到具有表面荷葉結構的T800/5228連續碳纖維增強環氧樹脂基復合材料，微結構復制良好，結構缺陷很少，并且結構形貌和精細度可媲美天然的荷葉結構。
圖1.復制的具有表面荷葉結構的復合材料的電子顯微鏡圖，可以看到荷葉結構的結構形貌和精細度良好復制到復合材料表面。
實施例2：
本發明技術方案的實施過程如下：
(2-1)取利用光刻膠刻蝕得到的四方點陣光子晶體微結構表面，并將預聚二甲基硅氧烷和交聯劑以給定比例混合(選用耐高溫類型的聚二甲基硅氧烷)，真空脫除其中含有的氣泡，再鋪展到四方點陣光子晶體表面，使各部分厚度均勻，鋪展厚度為0.25mm或2.2mm；隨后在室溫下放置6h預固化，預固化后再置于60℃烘箱中固化4h，固化完成后從微結構表面上揭下已固化的PDMS，即得到復制該微結構的PDMS反相荷葉結構模板；
(2-2)取碳纖維T700、3K單向織物，共8層，按制件要求鋪層并定型后得到復合材料預制體，隨后將上述制備PDMS模板平鋪在復合材料預制體需要制備微結構的表面上，其中有微結構的表面朝向復合材料，將預制體放入模具中，再按復合材料所需的RTM成型工藝成型，控制壓力小于1.2MPa，所用樹脂為雙馬樹脂6421(中航復合材料有限責任公司產品)，成型完后冷卻至60℃以下，拆除模具，取出復合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微結構的復合材料；
(2-3)上述(2-1)亦可以使用六方點陣的光子晶體微結構；
(2-5)上述(2-1)亦可以使用光柵微結構；
(2-6)上述(2-2)亦可以使用芳綸纖維織物、聚酰亞胺纖維織物。
實施例3：
本發明技術方案的實施過程如下：
(3-1)取鯊魚皮一張，鋪平，將預聚二甲基硅氧烷和交聯劑以給定比例混合均勻，真空脫除其中含有的氣泡，再鋪展到鯊魚皮表面，使各部分厚度均勻，鋪展厚度為0.9mm或1.5mm或3mm；隨后再置于70℃烘箱中固化2h，固化完成后從鯊魚皮上揭下已固化的PDMS，即得到復制該微結構的PDMS鯊魚皮結構模板；
(3-2)取單向連續碳纖維增強的雙馬樹脂基預浸料，碳纖維CCF300、3K，雙馬來酰亞胺樹脂，共32層，按[45,0,-45,90]4s鋪層得到準各向同性的復合材料預制體，隨后將上述制備PDMS模板平鋪在復合材料預制體需要制備微結構的一個表面，或2個表面都需要微結構時都鋪，其中有微結構的表面朝向復合材料預制體，將預制體放入模具中，再按復合材料所需的熱壓成型工藝成型，控制壓力小于0.8MPa；成型完后冷卻至60℃以下，拆模，取出復合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微結構的復合材料；
(3-3)上述(3-2)亦可以使用真空袋壓成型的方法，即將制備好的帶有PDMS模板的預制體平鋪于平板表面，按真空袋壓成型的各步工藝，控制真空度使預制體受壓在0.092MPa以上，隨后按樹脂固化工藝固化，冷卻拆模并拆掉后，得到表面具有表面荷葉結構的復合材料；
(3-4)上述(3-2)也可以適用于T800/5228體系；
(3-5)上述(3-2)也可以用HS4玻璃纖維/環氧樹脂預浸料。
本實施例得到具有表面鯊魚皮結構的連續纖維增強復合材料，這種鯊魚皮結構用硬模板方法難以得到，并且微結構復制良好，結構缺陷很少。
實施例4：
本發明技術方案的實施過程如下：
(4-1)取具有凸起結構圖案的表面，圖案可以為各種宣傳畫形狀，凸起高度為0.1mm或0.6mm，將預聚二甲基硅氧烷和交聯劑以給定比例混合，真空脫除其中含有的氣泡，再鋪展到圖案表面，使各部分厚度均勻，鋪展厚度為0.9mm或4.5mm；隨后在室溫下放置24h預固化，預固化后再置于80℃烘箱中固化2h，固化完成后從圖案上揭下已固化的PDMS，即得到復制該圖案的PDMS反相模板；
(4-2)取中溫固化的環氧樹脂預浸料，碳纖維T300、12K，按制件要設計的鋪層得到復合材料預制體，隨后將上述制備PDMS模板平鋪在復合材料預制體需要制備微結構的表面，其中有微結構的表面朝向復合材料，再按復合材料所需的隔膜成型工藝成型；成型完后冷卻至60℃以下，拆下成型配套的附屬隔膜等材料，取出復合材料后，小心揭下PDMS模板，即得到表面具有微結構的復合材料；
本實施例得到復合材料可以具有各種各樣的圖案，復刻精美。