一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，包括以下原料：碳纤维、PA树脂、硝酸、双氧水、高锰酸钾、氢氧化钠、三(2,4‑叔丁基苯基)亚磷酸酯、环己烷、1,3‑丙二醇、盐酸、四异丙基钛酸酯、丙烯酸、异丙醇、双(三羟甲基)丙烷、1,4‑丁烯二醇、2，2‑二甲基‑3‑羟基丙酸、甲苯、氧化镱、七氟丁酸、β‑氨基丙酸、二氧化硅、聚乙烯吡咯烷酮、N，N‑二甲基甲酰胺、石墨烯、钛酸四丁酯、二乙醇胺、聚乙二醇、N，N‑二甲基甲酰胺、石蜡。本发明专利技术还公开了一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料的制备方法。本发明专利技术具备显著减轻通用航空飞行器机翼的重量、显著提高通用航空飞行器机翼的比强度与比刚度的技术优点。

A carbon fiber reinforced PA material for wing of general aviation aircraft

The invention discloses a carbon fiber reinforced PA material for the wing of a general aviation aircraft, including the following materials: carbon fiber, PA resin, nitric acid, hydrogen peroxide, Potassium Permanganate, sodium hydroxide, three (2,4 tertiary butyl phenyl) phosphite, cyclohexane, 1,3 propylene glycol, hydrochloric acid, four isopropyl titanate, acrylic acid, Isopropanol, double (three hydroxymethyl) propane, 1,4 polybutene, 2, 2, two methyl 3 hydroxypropionic acid, toluene, ytterbium oxide, seven fluorobutyric, beta amino propionic acid, silica, polyvinylpyrrolidone, N, N two methyl formamide, graphene, four butyl titanate, two ethanolamine, polyethylene glycol, N, N two methyl Formamide and paraffin. The invention also discloses a preparation method of the carbon fiber reinforced PA material for the wing of the general aviation aircraft. The invention has the advantages of significantly reducing the weight of the wing of the general aviation aircraft, and significantly improving the specific strength and specific stiffness of the wing of the general aviation aircraft.

【技术实现步骤摘要】
一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料
本专利技术涉及通用航空
，具体为一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料及其制备方法。
技术介绍
通用航空GeneralAviation，是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。通用航空飞行器机翼是飞行器的重要部件之一，安装在飞行器机身上。其最主要作用是产生升力，同时也可以在机翼内部置油箱，在飞行中可以收藏起落架。目前，用于制作通用航空飞行器机翼的材料一般采用超硬铝和钢或钛合金，翼梁与机身的接头部分采用高强度结构钢，机翼蒙皮因上下翼面的受力情况不同，分别采用抗压性能好的超硬铝及抗拉和疲劳性能好的硬铝，但是，超硬铝和钢或钛合金作为金属材料，其具有较大的重量，在机翼向上产生升力的过程中要克服较大的重力作用，因此采用较重的材料制作机翼，会严重地降低机翼的起飞效率。因此，研发一种质更轻且比强度与比刚度更高的新型材料是提高通用航空飞行器机翼的起飞效率的重要因素。
技术实现思路
（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料及其制备方法，具备显著减轻通用航空飞行器机翼的重量、显著提高通用航空飞行器机翼的比强度与比刚度等优点，解决了由于用于制作通用航空飞行器机翼的材料比重比较大，导致通用航空飞行器机翼在向上产生升力时需要克服较大的重力作用，从而降低其起飞效率的技术问题。（二）技术方案为实现上述显著减轻通用航空飞行器机翼的重量且显著提高通用航空飞行器机翼的比强度与比刚度的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维40-45份、PA树脂40-45份、质量分数为30%的硝酸20-25份、去离子水50-70份、质量分数为30%的双氧水15-20份、高锰酸钾15-20份、质量分数为10%的氢氧化钠30-35份、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯1-3份、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1-3份、N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺2-5份、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯1-3份、环己烷10-15份、1,3-丙二醇2-5份、质量分数为10%的盐酸0.5-0.8份、四异丙基钛酸酯2-5份、丙烯酸4-10份、异丙醇15-20份、双(三羟甲基)丙烷2-5份、1,4-丁烯二醇0.8-1.2份、2，2-二甲基-3-羟基丙酸10-15份、甲苯5-8份、氧化镱0.2-0.5份、七氟丁酸15-18份、β-氨基丙酸1-1.5份、质量分数为10%的过氧化氢5-8份、活性二氧化硅8-10份、聚乙烯吡咯烷酮5-8份、N，N-二甲基甲酰胺10-15份、石墨烯1-3份、十八烷酸1-3份、无水乙醇10-15份、钛酸四丁酯3-5份、二乙醇胺2-5份、聚乙二醇2-3份、质量分数为25%的浓盐酸0.5-0.8份、N，N-二甲基甲酰胺5-8份、石蜡10-15份；所述碳纤维增强PA材料的比重为0.709-0.743，比强度为5.14×106-5.505×106N·m/kg，比刚度为4.86×108-5.215×108N·m/kg。优选的，所述碳纤维增强PA材料的比重为0.709，比强度为5.505×106N·m/kg，比刚度为5.215×108N·m/kg。优选的，所述碳纤维为聚丙烯腈PAN基碳纤维，该聚丙烯腈PAN基碳纤维的比重为1.71-1.75、强度为5000MPa、模量为500GPa。优选的，所述碳纤维增强PA材料包括以下重量份数配比的原料：碳纤维40份、PA树脂40份、质量分数为30%的硝酸20份、去离子水50份、质量分数为30%的双氧水15份、高锰酸钾15份、质量分数为10%的氢氧化钠30份、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯1份、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1份、N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺2份、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯1份、环己烷10份、1,3-丙二醇2份、质量分数为10%的盐酸0.5份、四异丙基钛酸酯2份、丙烯酸4份、异丙醇15份、双(三羟甲基)丙烷2份、1,4-丁烯二醇0.8份、甲苯5份、2，2-二甲基-3-羟基丙酸10份、氧化镱0.2份、七氟丁酸15份、β-氨基丙酸1份、质量分数为10%的过氧化氢5份、活性二氧化硅8份、聚乙烯吡咯烷酮5份、N，N-二甲基甲酰胺10份、石墨烯1份、十八烷酸1份、无水乙醇10份、钛酸四丁酯3份、二乙醇胺2份、聚乙二醇2份、质量分数为25%的浓盐酸0.5份、N，N-二甲基甲酰胺5份、石蜡10份。优选的，所述碳纤维增强PA材料包括以下重量份数配比的原料：碳纤维42份、PA树脂42份、质量分数为30%的硝酸23份、去离子水70份、质量分数为30%的双氧水18份、高锰酸钾18份、质量分数为10%的氢氧化钠32份、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯2份、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯2份、N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺3份、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯2份、环己烷12份、1,3-丙二醇3份、质量分数为10%的盐酸0.6份、四异丙基钛酸酯3份、丙烯酸8份、异丙醇18份、双(三羟甲基)丙烷3份、1,4-丁烯二醇1份、2，2-二甲基-3-羟基丙酸12份、甲苯6份、氧化镱0.4份、七氟丁酸16份、β-氨基丙酸1.2份、质量分数为10%的过氧化氢6份、活性二氧化硅9份、聚乙烯吡咯烷酮6份、N，N-二甲基甲酰胺12份、石墨烯2份、十八烷酸2份、无水乙醇12份、钛酸四丁酯4份、二乙醇胺3份、聚乙二醇2.5份、质量分数为25%的浓盐酸0.6份、N，N-二甲基甲酰胺6份、石蜡12份。本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料的制备方法，包括以下步骤：1）表面改性碳纤维的制备（1）将20-25质量份的质量分数为30%的硝酸加入到40-50质量份的去离子水中，搅拌混匀后，再加入15-20质量份的质量分数为30%的双氧水，搅拌混匀后，边搅拌边加入15-20质量份的高锰酸钾，制得硝酸-双氧水-高锰酸钾体系混合溶液；（2）将40-45质量份的碳纤维加入到步骤（1）制得的硝酸-双氧水-高锰酸钾体系混合溶液中，水浴加热到70-80℃，浸泡100-150min后取出，采用30-35质量份的质量分数为10%的氢氧化钠溶液洗涤，接着采用去离子水洗涤，直至洗涤的去离子水的PH值为7，然后置于真空干燥箱内，在120-150℃下真空干燥3-5h，制得表面改性碳纤维；2）混合型抗氧化剂的制备将1-3质量份的四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、1-3质量份的三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，2-5质量份的N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺和1-3质量份的三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯混合溶解于10-15质量份的环己烷中，搅拌混合均匀后，放入鼓风干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维40‑45份、PA树脂40‑45份、质量分数为30%的硝酸20‑25份、去离子水50‑70份、质量分数为30%的双氧水15‑20份、高锰酸钾15‑20份、质量分数为10%的氢氧化钠30‑35份、四[β‑（3，5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯1‑3份、三[2，4‑二叔丁基苯基]亚磷酸酯1‑3份、N,N‑双‑(3‑(3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酰基)己二胺2‑5份、三(2,4‑叔丁基苯基)亚磷酸酯1‑3份、环己烷10‑15份、1,3‑丙二醇2‑5份、质量分数为10%的盐酸0.5‑0.8份、四异丙基钛酸酯2‑5份、丙烯酸4‑10份、异丙醇15‑20份、双(三羟甲基)丙烷2‑5份、1,4‑丁烯二醇0.8‑1.2份、2，2‑二甲基‑3‑羟基丙酸10‑15份、甲苯5‑8份、氧化镱0.2‑0.5份、七氟丁酸15‑18份、β‑氨基丙酸1‑1.5份、质量分数为10%的过氧化氢5‑8份、活性二氧化硅8‑10份、聚乙烯吡咯烷酮5‑8份、N，N‑二甲基甲酰胺10‑15份、石墨烯1‑3份、十八烷酸1‑3份、无水乙醇10‑15份、钛酸四丁酯3‑5份、二乙醇胺2‑5份、聚乙二醇2‑3份、质量分数为25%的浓盐酸0.5‑0.8份、N，N‑二甲基甲酰胺5‑8份、石蜡10‑15份；所述碳纤维增强PA材料的比重为0.709‑0.743，比强度为5.14×106‑5.505×106N·m/kg，比刚度为4.86×108‑5.215×108N·m/kg。...

【技术特征摘要】
1.一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：碳纤维40-45份、PA树脂40-45份、质量分数为30%的硝酸20-25份、去离子水50-70份、质量分数为30%的双氧水15-20份、高锰酸钾15-20份、质量分数为10%的氢氧化钠30-35份、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯1-3份、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1-3份、N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺2-5份、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯1-3份、环己烷10-15份、1,3-丙二醇2-5份、质量分数为10%的盐酸0.5-0.8份、四异丙基钛酸酯2-5份、丙烯酸4-10份、异丙醇15-20份、双(三羟甲基)丙烷2-5份、1,4-丁烯二醇0.8-1.2份、2，2-二甲基-3-羟基丙酸10-15份、甲苯5-8份、氧化镱0.2-0.5份、七氟丁酸15-18份、β-氨基丙酸1-1.5份、质量分数为10%的过氧化氢5-8份、活性二氧化硅8-10份、聚乙烯吡咯烷酮5-8份、N，N-二甲基甲酰胺10-15份、石墨烯1-3份、十八烷酸1-3份、无水乙醇10-15份、钛酸四丁酯3-5份、二乙醇胺2-5份、聚乙二醇2-3份、质量分数为25%的浓盐酸0.5-0.8份、N，N-二甲基甲酰胺5-8份、石蜡10-15份；所述碳纤维增强PA材料的比重为0.709-0.743，比强度为5.14×106-5.505×106N·m/kg，比刚度为4.86×108-5.215×108N·m/kg。2.根据权利要求1所述的一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，其特征在于，所述碳纤维增强PA材料的比重为0.709，比强度为5.505×106N·m/kg，比刚度为5.215×108N·m/kg。3.根据权利要求1所述的一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，其特征在于，所述碳纤维为聚丙烯腈PAN基碳纤维，该聚丙烯腈PAN基碳纤维的比重为1.71-1.75、强度为5000MPa、模量为500GPa。4.根据权利要求1所述的一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，其特征在于，所述碳纤维增强PA材料包括以下重量份数配比的原料：碳纤维40份、PA树脂40份、质量分数为30%的硝酸20份、去离子水50份、质量分数为30%的双氧水15份、高锰酸钾15份、质量分数为10%的氢氧化钠30份、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯1份、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1份、N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺2份、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯1份、环己烷10份、1,3-丙二醇2份、质量分数为10%的盐酸0.5份、四异丙基钛酸酯2份、丙烯酸4份、异丙醇15份、双(三羟甲基)丙烷2份、1,4-丁烯二醇0.8份、甲苯5份、2，2-二甲基-3-羟基丙酸10份、氧化镱0.2份、七氟丁酸15份、β-氨基丙酸1份、质量分数为10%的过氧化氢5份、活性二氧化硅8份、聚乙烯吡咯烷酮5份、N，N-二甲基甲酰胺10份、石墨烯1份、十八烷酸1份、无水乙醇10份、钛酸四丁酯3份、二乙醇胺2份、聚乙二醇2份、质量分数为25%的浓盐酸0.5份、N，N-二甲基甲酰胺5份、石蜡10份。5.根据权利要求1所述的一种用于通用航空飞行器机翼的碳纤维增强PA材料，其特征在于，所述碳纤维增强PA材料包括以下重量份数配比的原料：碳纤维42份、PA树脂42份、质量分数为30%的硝酸23份、去离子水70份、质量分数为30%的双氧水18份、高锰酸钾18份、质量分数为10%的氢氧化钠32份、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯2份、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯2份、N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺3份、三(2,4-叔丁基苯基)亚磷酸酯2份、环己烷12份、1,3-丙二醇3份、质量分数为10%的盐酸0.6份、四异丙基钛酸酯3份、丙烯酸8份、异丙醇18份、双(三羟甲基)丙烷3份、1,4-丁烯二醇1份、2，2-二甲基-3-羟基丙酸12份、甲苯6份、氧化镱0.4份、七氟丁酸16份、β-氨基丙酸1.2份、质量分数为10%的过氧化氢6份、活性二氧化硅9份、聚乙烯吡咯烷酮6份、N，N-二甲基甲酰胺12份、石墨烯2份、十八烷酸2份、无水乙醇12份、钛酸四丁酯4份、二乙醇胺3份、聚乙二醇2.5份、质量分数为25%的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梅梅，
申请(专利权)人：芜湖超科机电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34