一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；以至少一个编织体沿增强体厚度方向与多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。本发明专利技术采用纳米碳材料条带等作为编织体对增强体进行厚度方向的编织，在增强体之间不会因为加入条带而造成空隙，从而在复合材料中不会因此有大的应力集中点，以提高复合材料的层间增韧性能。

【技术实现步骤摘要】
一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种纤维增强复合材料，特别是一种纤维增强树脂基层间增韧复合材料、其制备方法及应用，属于复合材料科学

技术介绍
纤维增强树脂基复合材料存在层间韧性、抗冲击损伤能力不足的缺点，其层间性能远低于层内性能，在冲击载荷下层间区域很容易产生应力集中，层间增韧技术是提高复合材料韧性、抗冲击能力和抗分层能力的有效途径。现有的一种方法是呈直线排列的增强纤维束按照指定的方向平行顺直排列，利用纱线如涤纶、锦纶或者芳纶用纺织工艺技术将其绑缚在一起形成织物，通过真空辅助工艺浸入树脂，固化成型为纤维增强树脂基复合材料。然而，该方法在生产过程中高性能纤维束作为衬纱，纺入捆绑纱的过程中，由于织针沿厚度方向的运动，造成了高性能纤维的损伤，从而造成面内力学性能的降低。大量捆绑纱的存在使得增强纤维束间的空隙变大，在浸入树脂固化后的复合材料中，空隙处主要为未受纤维增强的树脂，施加外力后容易发生断裂。虽然纤维增强复合材料中捆绑纱的存在，使其沿厚度方向的性能得到改善，可有效避免复合材料层间分层，但是捆绑纱线圈空间几何形态复杂，且在固化过程中会发生变化，因而使得捆辨纱的存在是否有助于对纤维増强复合材料的层间剪切性能的提高或提高的幅度都是难以准确控制的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用，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：本专利技术实施例提供了一种层间增韧复合材料的制备方法，其包括：提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向(即与增强体厚度垂直的方向)取向排列的多根第一纤维；以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。在一实施例中，所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置；优选的，所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。进一步地，所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。优选的，所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向布。进一步地，所述的第一纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合。进一步地，在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。进一步地，所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种。进一步地，所述编织体包括纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料包括碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜、中的任意一种或两种以上的组合。进一步地，所述第一纤维聚集体和编织体中包含的石墨烯或碳纳米管表面分布有修饰官能团、小分子或聚合物。优选的，所述修饰官能团包括环氧基团、羟基、羧基和羰基中的任意一种或两种以上的组合。进一步地，所述制备方法包括：至少采用真空辅助工艺、浸泡法、树脂灌注成型工艺、低压接触成型工艺、预浸料中的任一种方式将所述编织结构以包含可固化的树脂材料的流体充分浸润，之后进行固化处理。本专利技术实施例还提供了一种层间增韧复合材料，其包括：增强体，其包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；至少一个编织体，其中每一编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织形成编织结构，并且每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；固化的树脂材料，其至少部分填充所述编织结构内的空隙。进一步地，从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过的编织体的直径或厚度小于或等于该两根第一纤维之间的距离。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术采用仅约1～60μm厚的纳米碳材料条带等作为编织体对增强体进行厚度方向的编织，而非具有大直径的捆绑纱，在增强体之间不会因为加入条带而造成空隙，从而在复合材料中不会因此有大的应力集中点，以提高复合材料的层间性能；2)在本专利技术中，碳纳米管或石墨烯表面可以带有官能团或小分子、聚合物修饰，有利于增强树脂与碳纳米管条带的界面相互作用，以提供更好的界面相互作用，这种表面修饰可适用于含有石墨烯或碳纳米管的第一纤维聚集体和编织体中，使碳纳米管条带与树脂之间的相互作用大于普通织物(如涤纶、芳纶)与树脂之间的相互作用；3)本专利技术的增强体为多层结构，层数在2层以上，例如可以达到10、11等层数，也可以根据需要加入更多层；4)在复合材料增韧方面，本专利技术将纳米材料从面内增强创新为厚度方向的增强，层间增韧效果明显，经三点弯测试结果显示，弯曲弹性模量提高了61.47％，具有广泛应用前景。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案之中一种层间增韧复合材料的制备方法流程示意图。图2是本专利技术一典型实施方案之中采用真空辅助工艺浸渍树脂的流程示意图。图3是本专利技术一典型实施方案之中加入CNT条带所获层间增韧复合材料的层间性能测试图。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层间增韧复合材料的制备方法，其包括：本专利技术实施例提供了一种层间增韧复合材料的制备方法，其包括：提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向(即与增强体厚度垂直的方向)取向排列的多根第一纤维；以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。在一实施例中，所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置；优选的，所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。进一步地，所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。优选的，所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向编织布，但不限于此。进一步地，所述的第一纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。更进一步地，所述第一纤维聚集体选自碳纤维单向编织布。进一步地，在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。进一步地，所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种，但不限于此。进一步地，所述编织体包括纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料包括碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜、中的任意一种或两种以上的组合。进一步地，所述纳米碳材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层间增韧复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种层间增韧复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置；优选的，所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布；优选的，所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向布。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的第一纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种或两种以上的组合。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述编织体包括纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料包括碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜、中的任意一种或两种以上的组合。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述编织体选自纳米碳材料条带或纳米碳材料纤维，所述纳米碳材料条带的厚度为1～60μm，宽度为0.1～50mm，所述纳米碳材料纤维的直径为1～200μm。9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述第一纤维聚集体和编织体中包含的石墨烯或碳纳米管表面分布有修饰官能团、小分子或聚合物；优选的，所述修饰官能团包括环氧基团、羟基、羧基和羰基中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述小分子包括1-芘丁酸、1-芘丁醇和儿茶酚中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述聚合物包括C2H4、C4H10、C9H20和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的组合。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用真空辅助工艺、浸泡法、树脂灌注成型工艺、低压接触成型工艺、预浸料中的任一种方式将所述编织结构以包含可固化的树脂材料的流体充分浸润，之后进行固化处理。11.根据权利要求1或7或10所述的制备方法，其特征在于：所述的树脂材料和/或所述预浸体所含树脂包括聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕卫帮，于妍妍，曲抒旋，张远，王晗，
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