一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，属于生物质碳纤维材料技术领域，本发明专利技术通过添加无机富勒烯和有序碳纤维布增加环氧树脂，使其具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗冲击性等。具体过程包括取一定量的环氧树脂和无机富勒烯纳米颗粒超声处理。分散后产物在真空下脱气，将除气后的树脂加入注胶罐中待用。将碳纤维单向帘子布按照[60/0/‑60]6s的铺层顺序铺放到模具中，进行树脂注射。完成树脂注射后的产物进行固化。模具自然冷却至60℃以下，拆模取出。本发明专利技术制备的无机富勒烯树脂基复合材料具有抗冲击性有、密度低、比强度、比模量高、可设计性强、耐疲劳和耐腐蚀等特点，有望成为新一代风扇包容机匣用复合材料。

A preparation method of inorganic fullerene resin matrix composite for casing

【技术实现步骤摘要】
一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法
本专利技术涉及生物质碳纤维材料
，尤其涉及一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法。
技术介绍
民用涡扇发动机风扇转子叶片工作时在发动机内高速旋转，在外物撞击或内部损坏的作用下，风扇叶片如果失效发生断裂飞出，则需要被风扇机匣有效包容，否则风扇碎片很可能击穿机体而危及飞行安全。国内外航空公司对民用涡扇发动机风扇包容机匣提出了严格的包容性要求，如中国《航空发动机适航规定》(CCAR-33)和《航空涡轮发动机包容性要求》(GJB3366-1998)，以及美国《发动机结构完整性大纲》(MIL-STD-1783B)等。国内外航空公司和科研机构在积极研发有效的包容材料和结构，提高包容效率，降低发动机质量和油耗。传统民用涡扇发动机风扇包容机匣主要采用足够厚的钛合金、铝合金或结构钢，这些金属材料，密度较高耗油高，并且可设计性不强等，因此需要设计一种更优越的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，解决传统钛合金和铝合金等发动机风扇存在的技术问题。相比于传统的金属材料，树脂基复合材料具有密度低、比强度、比模量高、可设计性强、耐疲劳和耐腐蚀等特点。无机富勒烯和碳纤维的加入使环氧树脂的抗冲击性能和耐磨性有较大的提高，采用高温固化技术，完全满足风扇包容机匣较低的工作温度。一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：取环氧树脂：无机富勒烯质量比为15:1在烧杯中混合，然后放入超声仪中超声中进行分散15min；步骤2：分散后产物在真空下加热到100℃脱气10min，去除环氧树脂中的空气，将除气后的树脂加入注胶罐中待用；步骤3：将碳纤维铺放到模具中，选用5mm厚的垫框，密封合模，将模具和步骤(2)中的注胶罐放入烘箱中，当模具温度加热至80-90℃时，进行树脂注射；步骤4：取步骤(3)中完成树脂注射后的产物，在烘箱中加热到140-150℃保温2h，然后在加热到180-185℃保温3h，完成树脂固化；步骤5：待模具自然冷却至60℃以下，拆模取出，制得厚度约为5mm的无机富勒烯/碳纤维复合材料层合板。所述步骤3中，碳纤维为碳纤维的单向帘子布按照[60/0/-60]6s的铺层顺序铺到模具中。所述步骤1中，无机富勒烯为为铝基纳米复合富勒烯材料，所述铝基纳米复合富勒烯材料的合成过程为：将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2放入乙醇中并使用超声波探针进行分散，将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物在80-90℃并带有剧烈搅拌下与Al粉末混合直至所有乙醇蒸发，在110-130℃的烘箱中干燥11-13小时得到初步的混合物样品，通过熔融沉积成型3D打印技术，将样品挤出，打印挤出头的温度控制为560～670℃，完成合成。所述超声波探针进行分散的时间为0.8-1.2小时，超声频率为80～90KHz，熔融沉积成型3D打印的过程中，热压的温度为560～650℃，压力为75～85KN，气氛为N2的条件下热压30分钟。将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物加热到80℃，加入铝粉颗粒混合，并快速搅拌，直至乙醇完全挥发，制得20wt％-30wt％IF-WS2与铝粉的混合固体样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。所述步骤3中的碳纤维为为甘蔗渣基碳纤维，甘蔗渣基碳纤维的制备过程为：选取甘蔗渣放入装有质量分数为5％的次氯酸钠溶液的烧杯中，浸泡12h，然后反复过滤至滤液PH接近中性，将过滤后的甘蔗渣放入烘干箱，在80℃下干燥10h；尿素和去离子水体积比为1:1的尿素水溶液将干燥后的甘蔗渣与尿素水溶液接触，浸泡1h，将浸泡后的甘蔗渣取出，放入烘干箱，在80℃下干燥10h，重复干燥2-3次得到上浆甘蔗渣；将得到的上浆甘蔗渣放入真空管式炉中，密封后，通入氮气，当排尽空气后，将真空管式炉的温度以5℃/min的速度升至400℃，保持400℃碳化40min；然后将真空管式炉的温度以5℃/min升至1200℃，保持1200℃石墨化20min得到初步碳纤维；把初步碳纤维放入45wt％硝酸水溶液中，浸泡30min，取出后放入去离子水中漂洗2次，将氧化后的碳纤维放入烘干箱中，在80℃下干燥10h，即得到甘蔗渣基碳纤维。本专利技术采用了上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术通过添加无机富勒烯和有序碳纤维布增加环氧树脂，使其具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗冲击性等，无机富勒烯树脂基复合材料具有抗冲击性有、密度低、比强度、比模量高、可设计性强、耐疲劳和耐腐蚀等特点，有望成为新一代风扇包容机匣用复合材料，无机富勒烯增强铝基纳米复合材料具有轻质的特点和极佳的减震性能，以及吸收冲击波的能力，使得其在轻质减震材料和高性能防护材料中具有良好的应用前景，并且制备成本较低，可进行工业化生产，具有较高的实用价值。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本专利技术进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本专利技术的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本专利技术的这些方面。本专利技术设计了一种无机富勒烯/碳纤维树脂基复合材料，无机富勒烯和碳纤维的加入使环氧树脂的抗冲击性能和耐磨性有较大的提高，采用高温固化技术，完全满足风扇包容机匣较低的工作温度。实施例1：(1)取一定量的环氧树脂和无机富勒烯纳米颗粒，按照环氧树脂：无机富勒烯质量比为20:1在烧杯中混合，然后放入超声仪中超声处理15min。无机富勒烯纳米颗粒的粒度为0.1μm～20μm。(2)将步骤(1)分散后产物在真空下加热到100℃脱气10min，去除环氧树脂中的空气。将除气后的树脂加入注胶罐中待用。(3)将碳纤维单向帘子布按照[60/0/-60]6s的铺层顺序铺放到模具中，选用5mm厚的垫框，密封合模，将模具和步骤(2)中的注胶罐放入烘箱中，当模具温度加热至80-90℃时，进行树脂注射。(4)取步骤(3)中完成树脂注射后的产物，在烘箱中加热到140-150℃保温2h，然后在加热到180-185℃保温3h，完成树脂固化。(5)待模具自然冷却至60℃以下，拆模取出，制得厚度约为5mm的无机富勒烯/碳纤维复合材料层合板。实施例2：(1)取一定量的环氧树脂和无机富勒烯纳米材料，按照环氧树脂：无机富勒烯质量比为15:1在烧杯中混合，然后放入超声仪中超声处理15min。无机富勒烯纳米材料为为铝基纳米复合富勒烯材料，所述铝基纳米复合富勒烯材料的合成过程为：将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2放入乙醇中并使用超声波探针进行分散，将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物在80-90℃并带有剧烈搅拌下与Al粉末混合直至所有乙醇蒸发，在110-130℃的烘箱中干燥11-13小时得到初步的混合物样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：/n步骤1：取环氧树脂：无机富勒烯质量比为15:1在烧杯中混合，然后放入超声仪中超声中进行分散15min；/n步骤2：分散后产物在真空下加热到100℃脱气10min，去除环氧树脂中的空气，将除气后的树脂加入注胶罐中待用；/n步骤3：将碳纤维铺放到模具中，选用5mm厚的垫框，密封合模，将模具和步骤(2)中的注胶罐放入烘箱中，当模具温度加热至80-90℃时，进行树脂注射；/n步骤4：取步骤(3)中完成树脂注射后的产物，在烘箱中加热到140-150℃保温2h，然后在加热到180-185℃保温3h，完成树脂固化；/n步骤5：待模具自然冷却至60℃以下，拆模取出，制得厚度约为5mm的无机富勒烯/碳纤维复合材料层合板。/n

【技术特征摘要】
1.一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：取环氧树脂：无机富勒烯质量比为15:1在烧杯中混合，然后放入超声仪中超声中进行分散15min；
步骤2：分散后产物在真空下加热到100℃脱气10min，去除环氧树脂中的空气，将除气后的树脂加入注胶罐中待用；
步骤3：将碳纤维铺放到模具中，选用5mm厚的垫框，密封合模，将模具和步骤(2)中的注胶罐放入烘箱中，当模具温度加热至80-90℃时，进行树脂注射；
步骤4：取步骤(3)中完成树脂注射后的产物，在烘箱中加热到140-150℃保温2h，然后在加热到180-185℃保温3h，完成树脂固化；
步骤5：待模具自然冷却至60℃以下，拆模取出，制得厚度约为5mm的无机富勒烯/碳纤维复合材料层合板。


2.根据权利要求1所述的一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，碳纤维为碳纤维的单向帘子布按照[60/0/-60]6s的铺层顺序铺到模具中。


3.根据权利要求1所述的一种包容机匣用无机富勒烯树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，无机富勒烯为为铝基纳米复合富勒烯材料，所述铝基纳米复合富勒烯材料的合成过程为：将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2放入乙醇中并使用超声波探针进行分散，将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物在80-90℃并带有剧烈搅拌下与Al粉末混合直至所有乙醇蒸发，在110-130℃的烘箱中干燥11-13小时得到初步的混合物样品，通过熔融沉积成型3D打印技术，将样品挤出，打印挤出头的温度控制为560～670℃，完成合成。


4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王南南，朱艳秋，满泉言，陈丁，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45