一种碳纤维预浸料及复合材料层合板制造技术

本实用新型专利技术提供一种碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料包括碳纤维层和树脂层，其中，碳纤维层的质量百分比为50～70％，所述碳纤维预浸料的厚度为0.02～0.2mm，所述碳纤维层的面密度为(20～200)±Dg/m

A carbon fiber prepreg and composite laminates

The utility model provides a carbon fiber prepreg, the carbon fiber prepreg comprises a carbon fiber layer and a resin layer, wherein, the mass percentage of the carbon fiber layer is 50 ~ 70%, the carbon fiber prepreg thickness is 0.02 ~ 0.2mm, the surface density of the carbon fiber layer is 20~200 (Dg/m).

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维预浸料及复合材料层合板
本技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种碳纤维预浸料及复合材料层合板。
技术介绍
高性能碳纤维增强树脂基复合材料以其高比强、高比模、性能可设计性及综合性能优异等特点而在航空、航天、兵器和船舰等领域得到普遍重视，并已在航空航天领域得到了较广泛的应用。特别是先进军用飞机，为提高战技性能，降低结构重量，需大量采用高性能碳纤维增强树脂基复合材料。其中，碳纤维预浸料是制备高性能碳纤维复合材料重要的中间材料，并且，碳纤维预浸料性能对复合材料性能影响较大，例如，预浸料厚度将影响层合复合材料的设计空间；预浸料浸润均匀性，有无树脂堆积以及纤维损伤性等将影响复合材料的力学性能。目前，碳纤维预浸料主要存在下述技术问题：第一，碳纤维层存在缝隙、间隙、或不平整等缺陷，容易导致树脂堆积，影响复合材料性能。第二，碳纤维层面密度较大，严重限制了其在薄壁制件中的应用，不能满足高端复合材料领域的要求，并且纤维层常采用小丝束纤维进行扩展，扩展倍率低，生产成本高，生产效率低。第三，碳纤维层的纤维损伤问题及树脂与碳纤维层的浸润性同样影响复合材料的力学性能。因此，通过对碳纤维预浸料的碳纤维层、树脂以及树脂对纤维层的浸润研究，研制出一种外观质量佳，综合性能强，生产成本低的碳纤维预浸料具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种解决以上问题的碳纤维预浸料及复合材料层合板。本技术提供了一种碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料包括碳纤维层和树脂层，其中，碳纤维层的质量百分比为50～70％，所述碳纤维预浸料的厚度为0.02～0.2mm，所述碳纤维层的面密度为(20～200)±Dg/m2，面密度公差D≤5。其中，所述树脂层的树脂玻璃化转变温度为120～150℃。其中，所述树脂层为环氧树脂层，并且环氧树脂的固化温度为120～150℃。其中，所述树脂层为环氧树脂层，并且环氧树脂层的固化温度为125～135℃。其中，所述碳纤维层使用牌号为T700SC-12K或M30SC-18K的碳纤维丝束制得。其中，所述碳纤维层为碳纤维编织布，所述碳纤维编织布组织包括平纹组织或斜纹组织，并且经纱与纬纱均为碳纤维展宽丝，所述碳纤维展宽丝的宽度为W，W＝(8～34)±WDmm，公差WD≤3。其中，所述碳纤维展宽丝复丝拉伸强度为4700～5200MPa。其中，所述碳纤维编织布的纬纱弧度H范围为0±3mm。其中，所述碳纤维层使用牌号为T700SC-12K的碳纤维丝束制得，所述碳纤维层为碳纤维平纹编织布，且面密度为(48～200)±Dg/m2，纬纱密度控制为(200mm/W±D/4)根/200mm。其中，所述碳纤维层是使用超声合并扩展工艺制得的单向碳纤维层。本技术还提供一种使用上述碳纤维预浸料制备而成的复合材料层合板。本技术的有益效果包括：一、本技术为薄层预浸料，通过对预浸料中低克重的碳纤维层的质量与树脂层的质量之比进行了优化，能有效提高预浸料性能，并增加复合材料的力学性能。二、本技术通过对碳纤维层进行控制，能够有效解决树脂堆积、纤维克重不稳定、树脂浸润不均匀等问题，改善预浸料性能。三、本技术通过对树脂性质及树脂对碳纤维的浸润作用进行了研究，制得的预浸料厚度薄、浸润效果佳，综合性能强。四、本技术使用大丝束纤维束进行预浸料的制备，有效提高预浸料制备的层合板力学性能的同时，有效提高生产效率，大幅降低生产成本。附图说明并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且与描述一起用于解释本技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本技术的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。图1纤维预浸料分解示意图；图2本技术的一个实施例的纤维层的平面示意图；图3本技术的另一个实施例的纤维层的平面示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本技术的主要思想是提供一种纤维预浸料，解决现有技术中碳纤维预浸料存在的外观缺陷大、综合性能差、成本较高等问题。参照附图1，本技术提供了一种碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料包括碳纤维层和树脂层，由该碳纤维预浸料的分解图即制备之前的料坯示意图1可知，依次包括第一树脂层1、碳纤维层2和第二树脂层3，其中第一树脂层1与第二树脂层3分设在碳纤维层2的上下方，最后浸润至碳纤维层中制得碳纤维预浸料，因此，树脂层的质量为图中第一树脂层1与第二树脂层3相应质量之和。本技术限定，预浸料的厚度为0.02～0.2mm，碳纤维层的面密度为(20～200)±Dg/m2，其中D为面密度公差，表示面密度的允许变动量，技术中保护的范围包括参数上下偏离公差的最大值、最小值及其之间的范围。例如面密度为20±Dg/m2，则该面密度的范围的端点值分别为(20-D)g/m2和(20+D)g/m2，并且D≤5。该碳纤维预浸料纤维层克重较低，并且厚度薄，能满足薄壁制件的设计要求。并且，碳纤维层的质量百分比为50～70％。该比例的限定能够有效提高预浸料性能，并增加制备复合材料后的材料的综合力学性能。树脂层性质对预浸料中树脂与纤维的浸润效果有重要影响，进而影响预浸料以及预浸料制备的复合材料的力学性能。本技术限定树脂层的树脂玻璃化转变温度为为120～150℃，该温度下的树脂层具有更好的加工及涂膜性能和一般适用性。优选地，树脂层选用环氧树脂层，并且环氧树脂的固化温度为120～150℃。在某些实施例中环氧树脂的固化温度优选为125～135℃，最优选为125～133℃。在某些实施中，环氧树脂的固化温度优选为145～150℃。上述树脂特别适合本技术薄层预浸料的制备，与低克重碳纤维层浸润效果佳，制得的预浸料性能优异。优选地，树脂层可选用牌号为YPH-601、YPH-23N、YPH-307G、YPH-502的环氧树脂制得的树脂层。具体树脂层的选择与纤维层、预浸料以及最终复合材料制件的用途相关，在某些实施例中，使用牌号为YPH-601制得的环氧树脂层与平纹编织布制得的预浸料性能优异。本技术碳纤维层为使用牌号为T700SC-12K或M30SC-18K的碳纤维丝束制得的碳纤维层。牌号为T700SC-12K和M30SC-18K的碳纤维丝束较大，由于小丝束价格较高，因此使用该大丝束碳纤维为原料进行制备纤维预浸料能够减少成本，并且能进一步提高纤维预浸料制备层合板的力学性能。现有技术往往因碳纤维层缺陷，容易导致树脂浸润的均匀性不佳，影响复合材料性能。因此，本技术针对纤维层的结构进行了研究与限定。碳纤维层可为碳纤维编织布，并且，经纱与纬纱均为碳纤维展宽丝，维编织布组织包括平纹组织或斜纹组织。将碳纤维丝束展宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纤维预浸料包括碳纤维层和树脂层，其中，碳纤维层的质量百分比为50～70％，所述碳纤维预浸料的厚度为0.02～0.2mm，所述碳纤维层的面密度为(20～200)±Dg/m

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纤维预浸料包括碳纤维层和树脂层，其中，碳纤维层的质量百分比为50～70％，所述碳纤维预浸料的厚度为0.02～0.2mm，所述碳纤维层的面密度为(20～200)±Dg/m2，面密度公差D≤5。2.如权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述树脂层的树脂玻璃化转变温度为120～150℃。3.如权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述树脂层为环氧树脂层，并且环氧树脂的固化温度为120～150℃。4.如权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纤维层使用牌号为T700SC-12K或M30SC-18K的碳纤维丝束制得。5.如权利要求1～4中任一项所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纤维层为碳纤维编织布，所述碳纤维编织布组织包括平纹组织或斜纹组织，并且经纱与纬纱均为碳纤维展...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁乐家，郭志强，
申请(专利权)人：天津昂林贸烽高新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12