一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法，属于纳米材料技术领域。本发明专利技术通过在相邻碳纤维增强树脂基单向预浸料层间设置碳纳米管取向窄带，提高了碳纤维增强体和树脂的结合能力；并且可以通过调节碳纳米管取向窄带添加量，实现了碳纤维增强树脂基单向复合材料纤维间力学性能的控制。本发明专利技术方法可以在柔软的单片碳纤维预浸料上实现，具有操作方法简单，缠绕效率高，制备样品尺寸大以及易复现等优点。大以及易复现等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。碳纤维增强树脂基复合材料具有优异的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐疲劳及高的使用温度等性能，是满足当前结构工程部件轻量化、可靠性、多功能等综合发展方向的核心材料，被广泛用于航空航天，体育器材及国防军工工业，引起人们的广泛关注。碳纤维／环氧树脂复合材料单层板在纤维方向有很高的力学性能，而在垂直纤维方向上的性能比较差，材料的纤维间性能取决于树脂基体与界面强度，基体与界面性能的微小扰动即可对材料整体的抗拉强度产生较大的影响，不能最大程度的满足航空、航天领域对材料性能的需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：以高强碳纳米管取向窄带作为纳米增强体，设置在相邻碳纤维增强树脂基单向预浸料之间，从而有效提升了碳纤维增强树脂基单向复合材料的纤维间力学性能，实现了本专利技术目的。
[0005]本专利技术涉及的一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法，其特征在于，步骤如下：1）根据复合材料设计要求，确定碳纤维增强树脂基单向预浸料规格尺寸和层数；2）按步骤1）确定的规格尺寸和层数，裁剪碳纤维增强树脂基单向预浸料；组装用于固定碳纤维增强树脂基单向预浸料的工装；3）将裁剪的纤维增强树脂基单向预浸料，以单片形式固定到工装上；将碳纳米管取向窄带缠绕到碳纤维增强树脂基单向预浸料表面，缠绕完成后取下，制备成碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，其包括一层碳纳米管取向窄带和一层碳纤维增强树脂基单向预浸料；重复上述操作，按照需要制备剩余的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体；4）将制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，以叠层铺层方式放置到模具内，放置时，确保任意两层碳纤维增强树脂基单向预浸料之间设置有碳纳米管取向窄带；5）利用热压成型工艺制备成碳纤维增强树脂基单向复合材料。
[0006]优选的，所述制备的碳纤维增强树脂基单向复合材料中，碳纳米管取向窄带的质量占比为5.1%～7.0%。
[0007]优选的，在碳纤维/树脂单向预浸料表面缠绕时，所述碳纳米管取向窄带缠绕方向
与碳纤维/树脂单向预浸料纤维方向呈30
°
～90
°
夹角。
[0008]进一步优选的，所述碳纳米管取向窄带缠绕方向与碳纤维/树脂单向预浸料纤维方向呈45
°
或60
°
夹角。
[0009]优选的，所述两个碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体同时制备。
[0010]优选的，将制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体铺设到模具中时，最顶层和最底层都为碳纤维增强树脂基单向预浸料。
[0011]优选的，固定到工装上时，所述碳纤维增强树脂基单向预浸料与工装之间设置有离型纸。
[0012]优选的，所述碳纳米管取向窄带厚度为３～15μm、宽度为100～500μm。
[0013]优选的，所述碳纤维增强树脂基单向预浸料完成碳纳米管取向窄带缠绕后，再对其施加外力，以提高两者的结合力。
[0014]进一步优选的，所述制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，在放入摸具中之前，先对其进行裁剪，去掉多余的碳纳米管取向窄带。
[0015]本专利技术涉及的提高碳纤维增强树脂基单向复合材料纤维间强度的方法，通过在相邻碳纤维增强树脂基单向预浸料层间设置碳纳米管取向窄带，提高了碳纤维增强体和树脂的结合能力；并且可以通过调节碳纳米管取向窄带添加量，实现了碳纤维增强树脂基单向复合材料纤维间力学性能的控制。本专利技术方法可以在柔软的单片碳纤维预浸料上实现，具有操作方法简单，缠绕效率高，制备样品尺寸大以及易复现等优点。
具体实施方式
[0016]下面结合具体实施例，对本专利技术设计的技术方案进行进一步的说明，但不作为对技术方案的限制。
[0017]实施例1本实施例碳纤维/环氧树脂单向复合材料制备方法，步骤如下：准备材料。裁切13片T700碳纤维增强环氧树脂基单向预浸料，尺寸为250mm
×
180mm块，称其重量为80g。连续碳纳米管取向窄带，厚3μm、宽500μm，苏州纳米所制备。
[0018]组装工装。制备大尺寸碳纤维/环氧树脂单向复合材料所需工装，包括环氧支撑板、台钳和支撑支架。环氧支撑板的尺寸为：280mm
×
180mm
×
2mm。
[0019]制备碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂预制体。取两片裁剪好的T700碳纤维增强环氧树脂单向预浸料，撕掉隔离膜，将带有离型纸一侧利用双面胶分别粘贴在环氧支撑板的正反两侧，成对称状态；粘贴时，碳纤维方向与水平方向平齐。在环氧支撑板下端的空白位置处，利用台钳固定到支撑支架上。将碳纳米管取向窄带其端头固定在一侧的预浸料上，沿垂直单向碳纤维方向，紧贴预浸料连续性环向缠绕，均匀铺贴到预浸料表面。用重20g、直径10mm的铝质压辊轻轻碾压，使碳纳米管取向窄带与预浸料紧密贴合。缠绕完成后，松开台钳，取下含有预浸料的环氧支撑板，用壁纸刀将连接两层预浸料的碳纳米管取向窄带割断，取下预浸料，并用壁纸刀将多余的碳纳米管窄带裁剪掉，制得两块碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂预制体。重复上述操作过程，制备12块碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂预制体，备用。
[0020]铺层。将制备的12块碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂预制体的离型纸撕
掉，以叠层铺层方式依次放入模具内，放置时，预浸料一侧朝下；铺放完成后，再在最顶层，放置裁剪的第13块预浸料，这样相邻预浸料层间均设置有碳纳米管取向窄带，完成所有铺层后，合模。
[0021]制备碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂单向复合材料。将已铺设好碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂预制体的模具放置到平板硫化机内，采用热压成型工艺制得85.6g碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0022]相对于现有的碳纤维/环氧树脂单向复合材料，由本实施例制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂单向复合材料纤维间拉伸强度提高了189%。
[0023]实施例2与实施例１的不同之处有：碳纳米管取向窄带厚度10μm，宽度370μm。
[0024]制备碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂预制体时，分别在环氧支撑板的对称夹角空白处，利用两个台钳固定到支撑支架上。将碳纳米管取向窄带端头固定在一侧预浸料的靠近其中一个台钳夹角处，紧贴预浸料进行连续性环绕缠绕，缠绕方向与碳纤维方向呈45
°
夹角。
[0025]制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/环氧树脂单向复合材料共计84.8g。
[0026]相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法，其特征在于，步骤如下：1）根据复合材料设计要求，确定碳纤维增强树脂基单向预浸料规格尺寸和层数；2）按步骤1）确定的规格尺寸和层数，裁剪碳纤维增强树脂基单向预浸料；组装用于固定碳纤维增强树脂基单向预浸料的工装；3）将裁剪的纤维增强树脂基单向预浸料，以单片形式固定到工装上；将碳纳米管取向窄带缠绕到碳纤维增强树脂基单向预浸料表面，缠绕完成后取下，制备成碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，其包括一层碳纳米管取向窄带和一层碳纤维增强树脂基单向预浸料；重复上述操作，按照需要制备剩余的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体；4）将制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，以叠层铺层方式放置到模具内，放置时，确保任意两层碳纤维增强树脂基单向预浸料之间设置有碳纳米管取向窄带；5）利用热压成型工艺制备成碳纤维增强树脂基单向复合材料。2.根据权利要求1所述提高碳纤维增强树脂基单向复合材料纤维间强度的方法，其特征在于，所述制备的碳纤维增强树脂基单向复合材料中，碳纳米管取向窄带的质量占比为5.1%～7.0%。3.据权利要求1所述提高碳纤维增强树脂基单向复合材料纤维间强度的方法，其特征在于，在碳纤维/树脂单向预浸料表面缠绕时，所述碳纳米管取向窄带缠绕方向与碳纤维/树脂单向预浸料纤维方向呈30
°
～90
°
夹角。4.据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建芹，王丹勇，徐井利，张海云，秦贞明，郭建芬，李树虎，魏化震，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：