纤维增强复合材料、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：提供纤维制品，所述纤维制品包含纤维织物及与纤维织物复合的树脂，所述树脂包括热固性和/或热塑性树脂；将至少一纤维制品与至少一碳纳米管薄膜层叠设置，形成复合材料预制体；将所述复合材料预制体置入真空成型装置，之后抽真空，再向所述复合材料预制体中的至少一碳纳米管薄膜通入电流，使该复合材料预制体中的至少一碳纳米管薄膜发热，从而使所述复合材料预制体被加热固化而形成纤维增强复合材料。籍由本发明专利技术的技术能够有效降低纤维增强复合材料制备过程中的能耗，提高能量转换效率，缩短成型周期，同时所获纤维增强复合材料具有良好导电导热性能，应用前景广泛。

Fiber reinforced composite material, preparation method and application thereof

The invention discloses a fiber reinforced composite material, a preparation method and an application thereof. The preparation method comprises the following steps: providing the fiber products, fiber products include fiber fabric and woven composite resin and fiber, the resin including thermoset and / or thermoplastic resin; at least one fiber products with at least a carbon nanotube film is stacked, forming a composite material preform; the the composite material preform into a vacuum forming device, after vacuum pumping into the current to at least a carbon nanotube film of the composite material preform again, at least one of the carbon nanotube film heating the composite material preform, so that the composite material preform is heated and solidified to form fiber reinforced composite material. By the technology of the invention can effectively reduce the energy consumption of fiber reinforced composite material preparation process, improve the energy conversion efficiency, shorten the molding cycle, while the fiber reinforced composite material has good thermal conductivity properties, wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
纤维增强复合材料、其制备方法与应用
本专利技术涉及一种纤维增强复合材料，特别是一种碳纤维增强复合材料、其制备方法及应用，属于材料科学领域。
技术介绍
纤维增强复合材料具有密度小、高比强度/比刚度、耐腐蚀、性能可设计、可一体化成型、良好的抗疲劳特性等优点，被广泛用来作为结构材料和抗烧蚀材料，在航空航天、能源、汽车、体育健身器材等领域有非常广泛的应用。当前，最常用的纤维增强复合材料制备方法是利用热压罐成型，即将纤维树脂预浸体裁剪成一定的尺寸，以一定的方式进行层铺，制备出复合材料预制体，之后将复合材料预制体置于模具内，再将模具放入热压罐中，按照设定方式加热加压制备出纤维增强复合材料。热压罐成型技术具有如罐体内压力和温度分布均匀等优点，得到的制品孔隙率低，树脂含量均匀，可以保证制品的质量稳定，力学性能可靠。然而，在实际使用过程中，以热压罐成型方式制备的复合材料存在许多问题，例如：热压罐成型能耗非常大，能源利用率非常低；热压罐成型周期非常长，设备利用率低；对于大型的热压罐，压力和温度控制较难，升温速度缓慢。这些缺陷的存在都大大增加了复合材料构件的成本。又及，热压罐成型制品的层间性能差，导致此类制品在遭受冰雹等灾害冲击时易产生开裂等破坏。此外，热压罐成型制品还存在导电导热性能差等问题，这也限制了其应用范围。例如，目前在飞机蒙皮里通常需要使用微型铜网来增加其导电导热性，以应对冰雪和雷电等恶劣天气，例如，通电产热进行除冰，以及在遭遇雷电时疏散大电流的冲击，但利用热压罐成型制品既难以满足这样的需求，而且微型铜网的引入无疑还会增加飞机的重量，使其消耗更多的燃料。另一方面，碳纳米管电加热技术作为一种新颖的非热压罐技术，极有可能带动复合材料成型技术的发展。在当前的研究中，通常采用将碳纳米管粉体分散进聚合物基体中，再对聚合物基体两端电极通电以产生热量来固化复合材料，获得增强复合材料。然而这种方式需要解决碳纳米管分散问题，分散问题不仅影响电热特性，还影响复合材料制件的力学性能。此外，在这种方式中，复合材料固化过程对碳纳米管含量极为敏感，因而还需对碳纳米管含量进行精确调控，操作极为繁杂困难。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种纤维增强复合材料、其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本申请实施例提供了一种纤维增强复合材料的制备方法，其包括：提供纤维制品，所述纤维制品包含纤维织物及与所述纤维织物复合的树脂，所述树脂包括热固性树脂和/或热塑性树脂；将至少一所述的纤维制品与至少一碳纳米管薄膜层叠设置，形成复合材料预制体；将所述复合材料预制体置入真空成型装置，之后抽真空，再向所述复合材料预制体中的至少一碳纳米管薄膜通入电流，使该至少一碳纳米管薄膜发热，从而使所述复合材料预制体被加热固化而形成所述纤维增强复合材料。本申请实施例还提供了由所述方法制备的纤维增强复合材料。本申请实施例提供了所述纤维增强复合材料的用途，例如在除冰防雷中的用途。本申请实施例提供了一种装置，其包括所述的纤维增强复合材料。与现有技术相比，本专利技术通过将带有树脂的纤维制品与碳纳米管薄膜复合形成复合材料，并利用对碳纳米管薄膜施加电流，使之快速升温而产生热量，并直接作用于复合材料而使复合材料固化，不仅能耗少，能量利用率高，而且固化完成后，碳纳米管薄膜还可以作为复合材料的组成部分而提高复合材料的导电导热性，使得所获复合材料具有优异导电发热性能，具有广泛应用前景，例如可以用于除冰防雷。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案中浮动催化化学气相沉积碳纳米管薄膜电热性能曲线图；图2是本专利技术一典型实施方案之中纤维增强复合材料制备步骤流程图；图3-是本专利技术实施案例中采用的真空袋成型装置的结构示意图；图4是本专利技术实施案例中一种纤维复合材料样品的结构示意图。具体实施方式如前所示，鉴于现有技术中的诸多缺陷，本案专利技术人经过长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下将予以具体说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种纤维增强复合材料的制备方法，其包括：提供纤维制品，所述纤维制品包含纤维织物及与所述纤维织物复合的树脂，所述树脂包括热固性树脂和/或热塑性树脂；将至少一所述的纤维制品与至少一碳纳米管薄膜层叠设置，形成复合材料预制体；将所述复合材料预制体置入真空成型装置，之后抽真空，再向所述复合材料预制体中的至少一碳纳米管薄膜通入电流，使该至少一碳纳米管薄膜发热，从而使所述复合材料预制体被加热固化而形成所述纤维增强复合材料。进一步的，所述碳纳米管薄膜包括采用化学气相沉积法或物理方法制备形成的碳纳米管薄膜。其中，所述的物理方法可以包括过滤法、抽滤法、液相沉积法等等，且不限于此。例如，所述碳纳米管薄膜包括碳纳米管巴基纸、可纺丝阵列拉膜法或浮动催化法制成的碳纳米管薄膜中的任意一种或两种以上的组合。优选的，所述碳纳米管薄膜可以采用浮动催化化学气相沉积碳纳米管薄膜。进一步的，所述碳纳米管薄膜的厚度优选在50nm以上，例如可以在50nm～1mm，也可以在1mm以上，例如也可以为3～8mm。在一些较为优选的实施方案中，所述的制备方法还可包括：选用拉伸压缩处理、退火处理、高温石墨化处理、树脂浸润、金属喷涂、化学或激光刻蚀处理中的任意一种方式或两种以上的组合方式对碳纳米管薄膜进行处理而改善其性能，之后将所述碳纳米管薄膜与纤维制品叠设置而形成复合材料预制体。在一些实施方案中，所述纤维制品选自表面/或内部附有树脂的纤维织物。在一些较为具体的实施方案中，所述纤维制品的制备方法包括：将纤维织物于树脂中充分浸泡或者在纤维织物表面涂覆树脂，从而获得所述纤维制品。在一些较为具体的实施方案中，所述纤维制品的制备方法包括：将树脂溶于挥发性溶剂中形成树脂溶液，以及将纤维织物于树脂溶液中充分浸泡后取出或者在纤维织物表面涂覆树脂溶液，之后除去挥发性溶剂，从而获得所述纤维制品。在一些更为具体的实施例中，所述纤维制品的制备方法包括：对于粘度较低的树脂，直接使用手工或机械方法将树脂刷在纤维织物(例如可优选碳纤维布)表面或喷涂在纤维织物表面或直接将纤维织物浸泡在树脂里；之后取出，制得附有树脂的纤维织物；对于粘度较高的树脂，先使用合适的有机挥发性溶剂对树脂进行稀释，将稀释后的树脂使用手工或机械方法刷在纤维织物表面或喷涂纤维织物表面或直接将纤维织物浸泡在稀释的树脂里，待有机挥发性溶剂完全挥发后，制得附有树脂的纤维织物。进一步的，所述纤维织物包括平纹编织布、斜纹编织布、单向编织布中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步的，所述纤维织物中采用的纤维包括但不限于碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维中的任意一种或两种以上的组合，优选自碳纤维。进一步的，所述树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、双马来酰亚胺、聚酰亚胺等热固性树脂和聚氨酯等热塑性树脂中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。更为优选的，所用纤维制品选自碳纤维制品，特别是环氧树脂预浸布或附有树脂的碳纤维布。在一些实施方案中，所述的制备方法包括：将至少一碳纳米管薄膜叠设在至少两层纤维制品之间，从而形成复合材料预制体。在一些实施方案中，所述的制备方法包括：将至少两层纤维制品层叠后，再在该至少两层纤维制品上叠设至少一碳纳米管薄膜，从而形成复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供纤维制品，所述纤维制品包含纤维织物及与所述纤维织物复合的树脂，所述树脂包括热固性树脂和/或热塑性树脂；将至少一所述的纤维制品与至少一碳纳米管薄膜层叠设置，形成复合材料预制体；将所述复合材料预制体置入真空成型装置，之后抽真空，再向所述复合材料预制体中的至少一碳纳米管薄膜通入电流，使该至少一碳纳米管薄膜发热，从而使所述复合材料预制体被加热固化而形成所述纤维增强复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供纤维制品，所述纤维制品包含纤维织物及与所述纤维织物复合的树脂，所述树脂包括热固性树脂和/或热塑性树脂；将至少一所述的纤维制品与至少一碳纳米管薄膜层叠设置，形成复合材料预制体；将所述复合材料预制体置入真空成型装置，之后抽真空，再向所述复合材料预制体中的至少一碳纳米管薄膜通入电流，使该至少一碳纳米管薄膜发热，从而使所述复合材料预制体被加热固化而形成所述纤维增强复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管薄膜包括采用化学气相沉积法或物理方法制备形成的碳纳米管薄膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管薄膜包括碳纳米管巴基纸、可纺丝阵列拉膜法或浮动催化法制成的碳纳米管薄膜中的任意一种或两种以上的组合，优选自浮动催化法制成的碳纳米管薄膜。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：选用拉伸压缩处理、退火处理、高温石墨化处理、树脂浸润、金属喷涂、化学或激光刻蚀处理中的任意一种方式或两种以上的组合方式对碳纳米管薄膜进行处理，之后将所述碳纳米管薄膜与纤维制品叠设置而形成复合材料预制体。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纤维制品选自表面/或内部附有树脂的纤维织物。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纤维制品的制备方法包括：将纤维织物于树脂中充分浸泡或者在纤维织物表面涂覆树脂，从而获得所述纤维制品；或者，将树脂溶于挥发性溶剂中形成树脂溶液，以及将纤维织物于树脂溶液中充分浸泡后取出或者在纤维织物表面涂覆树脂溶液，之后除去挥发性溶剂，从而获得所述纤维制品。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕卫帮，徐小魁，曲抒旋，巩文斌，李清文，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32