一种碳纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种碳纤维复合材料，属于航空航天飞行器、装甲车辆及舰船等武器的装甲防护技术领域。本发明专利技术材料主要由特定配比的碳纤维、树脂、氧化剂和添加剂组成；制备时将添加剂和氧化剂加入到树脂溶液中得到混合预浸液，在碳纤维上涂覆混合预浸液得到预浸布，将预浸布平铺于模具中，固化后即得所述的碳纤维复合材料。本发明专利技术材料具备常见碳纤维复合材料的优异性能，具有较高的抗拉强度，同时在超高速碰撞下发生局部爆炸响应，具有较高的抗侵彻性能。本发明专利技术的碳纤维复合材料可根据材料受力方向的不同，调整纤维层内各单向纤维层或纤维布的主方向，而且层数、铺设顺序可根据需要进行设计调整，同时其加工尺寸不受限制，具有高度的可设计性和可加工性。可设计性和可加工性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于航空航天飞行器、装甲车辆以及舰船等武器的装甲防护
，具体是一种碳纤维复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维复合材料又名碳纤维增强材料，是一种以合成树脂为基体，碳纤维为增强体的纤维增强复合材料。由于具有较高的比强度、优良的耐温性能、耐腐蚀和耐磨等优点，更为重要的是比重仅为普通钢材的1/4左右，因此在航空航天飞行器、舰船和装甲车辆等方面获得了越来越广泛地应用。在装甲防护领域，一般用于双硬度复合板的面板和复合装甲的夹层材料。
[0003]碳纤维复合材料对中小口径弹丸和破片具有优良的防护性能，其防护系数可达2.2左右。当弹种一定时，其抗弹性能与其增强纤维的编织方式、玻纤含量和树脂的性能等有关，在现有条件下即使经过优化后的碳纤维复合材料其抗弹性能仅有稍许增加，为了进一步的提高其对高速或超高速大口径弹丸的防护性能，必须寻找新的材料和方法来提高其性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种全新的碳纤维复合材料。该碳纤维复合材料具有传统碳纤维的各种优点如较高的力学性能、耐温耐磨等，同时具有较高的抗侵彻性能，在高速弹丸的作用下会发生局部爆炸响应，对其具有优异的防护能力。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种碳纤维复合材料，主要由下列重量份数的各原料制成：碳纤维30
‑
60重量份、树脂15
‑
30重量份、氧化剂10
‑
50重量份、添加剂1
‑
5重量份。
[0006]作为优选的技术方案，碳纤维为碳纤维纱、碳纤维布或碳纤维毡，例如采用碳纤维编织布、碳纤维单向布等，使用时经加热法或利用表面处理剂对其表面处理后即可使用；树脂为环氧树脂；氧化剂为高氯酸盐、硝酸盐或二者的混合物；添加剂为铝粉，铝粉对高速碰撞后的爆炸响应具有敏化作用。
[0007]作为优选的技术方案，高氯酸盐为高氯酸铵、高氯酸钾、高氯酸钠中的一种或任意比例混合的几种，硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾中的一种或任意比例混合的两种。
[0008]作为优选的技术方案，本专利技术碳纤维复合材料还包括固化剂，固化剂与树脂的质量比为（3
‑
10）：（90
‑
97）；加入固化剂一方面可以加快树脂的固化时间，再一方面可以提升树脂性能，最终对制备得到的碳纤维复合材料的性能提升有帮助。
[0009]作为优选的技术方案，固化剂为乙二胺。
[0010]进一步的，本专利技术还提供了上述碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：1）称取树脂和固化剂，搅拌均匀后加依次加入添加剂和氧化剂，再次搅拌均匀后
真空脱泡制成混合预浸液；2）用毛刷将裁制好的碳纤维双面刷上混合预浸液，经开炼机滚压，挤去表面多余的混合预浸液，制成预浸布，覆膜待用；3）将裁剪好的预浸布平铺于模具中，抽真空，热压固化成型或常温固化成型，最后即得所述的碳纤维复合材料。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：由于本专利技术的碳纤维复合材料具备常见碳纤维复合材料的优异性能，具有较高的抗拉强度，可作为结构材料使用。同时能有效防御高速和超高速大口径弹丸或破片的侵彻冲击，由于碳纤维在高速或超高速撞击下会破碎成微小的碳颗粒，与氧化剂混合在高温高压下发生爆炸反应，进而产生了爆炸冲击波和大量高压气体，使弹丸碎裂或加剧了其弹道失稳，具有较高的抗侵彻性能。本专利技术的碳纤维复合材料可根据材料受力方向的不同，调整纤维层内各单向纤维层或纤维布的主方向，而且层数、铺设顺序可根据需要进行设计调整，同时其加工尺寸不受限制，具有高度的可设计性和可加工性。
[0012]本专利技术碳纤维复合材料可用于航空航天器、装甲车辆、舰船等领域的对高速或超高速动能弹丸或破片的防护。
具体实施方式
[0013]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术，以下结合实施例对本专利技术作进一步清楚、完整的说明。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组合。
[0014]实施例1一种碳纤维复合材料，主要由45重量份碳纤维、20重量份树脂、30重量份氧化剂和5重量份添加剂组成；其中，碳纤维为6K碳纤维平纹布，树脂为环氧树脂，氧化剂为高氯酸铵，添加剂为铝粉。
[0015]上述碳纤维复合材料的制备方法为：1）将20重量份的环氧树脂放入浸胶槽内，并加入固化剂乙二胺，乙二胺与环氧树脂的质量比为8：92，搅拌均匀得到环氧树脂溶液；2）将5重量份的经钝化处理的铝粉以及30重量份的高氯酸铵依次加入到环氧树脂溶液中，边加入边搅拌，搅拌均匀后抽真空脱泡制成混合预浸液待用；3）取45重量份的6K碳纤维平纹布放入高温炉中进行表面处理，处理好后用毛刷将6K碳纤维平纹布双面复涂刷混合预浸液，之后将其放置于经调节好间距的双轮开炼机上，双辊温度设定为55℃，启动双轮开炼机，滚压3圈，挤去表面多余的混合预浸液，使混合预浸液均匀浸渍到6K碳纤维平纹布中，制成预浸布，覆膜待用；4）将模具表面清理干净，涂覆脱模剂后待用，将步骤3）中制备的预浸布按模具成型区尺寸大小裁剪，揭膜后平铺于模具中，用橡皮辊轻轻碾压排除层间气泡，铺设至预设层数，将其放在热压机上加热加压固化，固化工艺为：压力0.5MPa下，先120℃固化2h、再140℃固化1h，随模冷却后即得所述的碳纤维复合材料。
[0016]制成的碳纤维复合材料，经测试其抗拉强度可达300Mpa，抗压强度480Mpa，密度为1.7g/cm3；将20mm厚的该碳纤维复合材料置于300mm厚的装甲钢板表面，采用14.5mm穿燃
弹，对其射击，进行抗侵彻性能测试，在弹丸高速撞击下，制成的碳纤维复合材料发生了局部爆炸，其防护系数可达3.3左右，具有优异的抗侵彻能力。
[0017]实施例2一种碳纤维复合材料，主要由45重量份碳纤维、18重量份树脂、35重量份氧化剂和2重量份添加剂组成；其中，碳纤维为6K碳纤维平纹布，树脂为环氧树脂，氧化剂为高氯酸钠和硝酸钠的混合物，添加剂为铝粉。
[0018]上述碳纤维复合材料的制备方法为：1）将18重量份的环氧树脂放入浸胶槽内，并加入固化剂乙二胺，乙二胺与环氧树脂的质量比为6：94，搅拌均匀得到环氧树脂溶液；2）将2重量份的经钝化处理的铝粉以及35重量份的高氯酸钠和硝酸钠的混合物依次加入到环氧树脂溶液中，边加入边搅拌，搅拌均匀后抽真空脱泡制成混合预浸液待用；其中，高氯酸钠和硝酸钠的质量比为1：4；3）取45重量份的6K碳纤维平纹布放入高温炉中进行表面处理，处理好后用毛刷将6K碳纤维平纹布双面复涂刷混合预浸液，之后将其放置于经调节好间距的双轮开炼机上，双辊温度设定为65℃，启动双轮开炼机，滚压3圈，挤去表面多余的混合预浸液，使混合预浸液均匀浸渍到6K碳纤维平纹布中，制成预浸布，覆膜待用；4）将模具表面清理干净，涂覆脱模剂后待用，将步骤3）中制备的预浸布按模具成型区尺寸大小裁剪，揭膜后平铺于模具中，用橡皮辊轻轻碾压排除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料，其特征在于，主要由下列重量份数的各原料制成：碳纤维30
‑
60重量份、树脂15
‑
30重量份、氧化剂10
‑
50重量份、添加剂1
‑
5重量份。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料，其特征在于：碳纤维为碳碳纤维布、纤维纱或碳纤维毡，树脂为环氧树脂，氧化剂为高氯酸盐、硝酸盐或二者的混合物，添加剂为铝粉。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料，其特征在于：高氯酸盐为高氯酸铵、高氯酸钾、高氯酸钠，硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓红，梁宇，李如江，张华申，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：