一种纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种纤维复合材料及其制备方法。所述制备方法包括：A)将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液；B)将所述纳米粒子分散液均匀喷涂在短切纤维无纺布上，并进行干燥，得到纳米改性短切纤维无纺布；C)将所述纳米改性短切纤维无纺布插层于纤维预制体之间，采用成型工艺与树脂基体复合成型后，得到纤维复合材料。本发明专利技术先将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液，其次，短切纤维与纳米粒子协同构筑多尺度层间增韧相，进而显著提升纤维复合材料的层间断裂韧性。本发明专利技术操作简单，处理方式灵活，层间增韧较果显著。层间增韧较果显著。层间增韧较果显著。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种纤维复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维增强复合材料具有轻质高强等优异特性，在航空航天、汽车、海洋平台以及建筑结构加固等领域都有着广泛的应用。然而这种材料通常以层压板制品形式使用，受到其层状结构特性的影响，其沿厚度方向的承载能力较低，在面内压缩、弯曲、疲劳和横向冲击等荷载作用下，容易发生分层损伤。一旦分层开始并在层压板内部传播，整个结构的刚度将逐渐降低，最终导致灾难性的失效。因此，如何有效的抑制复合材料的分层损伤，提高层间断裂韧性是目前研发及应用层压板复合材料所亟待解决的关键性问题。
[0003]层间增韧是一种比较有效的抑制复合材料分层的手段。技术思想是在复合材料易分层的层间树脂富集区域插入增韧材料，从而提高复合材料的分层阻抗。该增韧方法基本不改变纤维复合材料原有的成型工艺，并且可以大幅提升复合材料的层间断裂韧性，具有较好的应用前景。
[0004]中国专利(CN104945852A)公开了一种利用微
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纳米粒子层间增韧的技术。具体而言，首先将含有微纳米粒子的混合溶液均匀喷涂在纤维布上，然后置于烘箱内干燥处理，待溶剂挥发完全后再与热固性树脂复合，制得微纳米粒子层间增韧的复合材料。该方法虽然提高了复合材料的层间断裂韧性，但提升效果有限，且没有解决纳米粒子难以匀均分散的问题。另外，该方法需要在原纤维布的基础上进行加工，适用范围受限。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种纤维复合材料及其制备方法，本专利技术制备的纤维复合材料的层间断裂韧性较优。
[0006]本专利技术提供了一种纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]A)将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液；
[0008]B)将所述纳米粒子分散液均匀喷涂在短切纤维无纺布上，并进行干燥，得到纳米改性短切纤维无纺布；
[0009]C)将所述纳米改性短切纤维无纺布插层于纤维预制体之间，采用成型工艺与树脂基体复合成型后，得到纤维复合材料。
[0010]优选的，步骤A)中，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、纳米二氧化硅、氮化硼纳米管/片、纳米粘土、碳纳米纤维和碳纳米管纤维中的至少一种。
[0011]优选的，步骤A)中，在所述纳米粒子的表面嫁接有官能团；
[0012]所述官能团包括羧基、氨基或羟基。
[0013]优选的，步骤A)中，所述纳米粒子的尺寸小于0.2μm。
[0014]优选的，步骤A)中，所述溶剂包括水、乙醇和丙酮中的至少一种；
[0015]所述纳米粒子分散液的质量浓度为0.1％～5％。
[0016]优选的，步骤A)中，所述均匀分散的方法包括机械搅拌、球磨、碾磨、超声处理、二/三辊机处理和微射流处理中的至少一种。
[0017]优选的，步骤B)中，所述短切纤维无纺布的制备方法包括：
[0018]将短切纤维在表面活性剂的作用下均匀分散于水中，抽滤后，得到短切纤维无纺布。
[0019]优选的，步骤B)中，所述短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、钢纤维、芳纶、碳化硅纤维和植物纤维中的至少一种；
[0020]所述短切纤维的长度为0.5～15mm；
[0021]所述表面活性剂包括聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。
[0022]优选的，步骤C)中，所述纤维预制体由纤维布通过叠层方式铺设得到；
[0023]所述树脂基体包括环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、乙烯基脂、双马来酰亚胺和聚酰亚胺、尼龙6、尼龙66、聚醚醚酮和聚醚酮中的至少一种；
[0024]所述成型工艺包括真空辅助树脂传递模塑、树脂传递模塑、手糊成型、热压罐成型、湿法模压或片状模塑成型。
[0025]本专利技术还提供了一种上文所述的制备方法制得的纤维复合材料。
[0026]本专利技术提供了一种纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液；B)将所述纳米粒子分散液均匀喷涂在短切纤维无纺布上，并进行干燥，得到纳米改性短切纤维无纺布；C)将所述纳米改性短切纤维无纺布插层于纤维预制体之间，采用成型工艺与树脂基体复合成型后，得到纤维复合材料。本专利技术先将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液，其次，短切纤维与纳米粒子协同构筑多尺度(微米
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纳米)层间增韧相，进而显著提升纤维复合材料的层间断裂韧性。本专利技术提供的制备方法操作简单，处理方式机动灵活，且不改变纤维复合材料原有的成型工艺，层间增韧较果显著，具有巨大的应用前景。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1中用于断裂韧性测试的纤维复合板的铺设示意图；
[0028]图2为实施例1和对比例1～2的纤维复合材料的双悬臂梁测试结果图；
[0029]图3为实施例1和对比例1～2的纤维复合材料的R曲线图；
[0030]图4为实施例1和对比例1～2的纤维复合材料的端分层挠曲测试结果；
[0031]图5为本专利技术实施例1的纤维复合材料的I型断裂面的SEM图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术提供了一种纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034]A)将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液；
[0035]B)将所述纳米粒子分散液均匀喷涂在短切纤维无纺布上，并进行干燥，得到纳米改性短切纤维无纺布；
[0036]C)将所述纳米改性短切纤维无纺布插层于纤维预制体之间，采用成型工艺与树脂基体复合成型后，得到纤维复合材料。
[0037]步骤A)中：
[0038]将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液。
[0039]在本专利技术的某些实施例中，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、纳米二氧化硅、氮化硼纳米管/片、纳米粘土、碳纳米纤维和碳纳米管纤维中的至少一种。所述碳纳米管可以为多壁碳纳米管。
[0040]在本专利技术的某些实施例中，在所述纳米粒子的表面嫁接有官能团；所述官能团包括羧基、氨基或羟基。具体的，可以为氨基化多壁碳纳米管，更具体的，为中国科学院成都有机化学有限公司生产的氨基化多壁碳纳米管TNSMN1，长度范围为0.5～2μm，平均值为1.0μm，直径＜8nm。
[0041]在本专利技术的某些实施例中，所述纳米粒子的尺寸小于0.2μm；如果超过此尺寸，可以通过研磨研细至尺寸小于0.2μm。
[0042]在本专利技术的某些实施例中，所述溶剂粘度低、易挥发，包括水、乙醇和丙酮中的至少一种。
[0043]在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米粒子均匀分散于溶剂中，得到纳米粒子分散液；B)将所述纳米粒子分散液均匀喷涂在短切纤维无纺布上，并进行干燥，得到纳米改性短切纤维无纺布；C)将所述纳米改性短切纤维无纺布插层于纤维预制体之间，采用成型工艺与树脂基体复合成型后，得到纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、纳米二氧化硅、氮化硼纳米管/片、纳米粘土、碳纳米纤维和碳纳米管纤维中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，在所述纳米粒子的表面嫁接有官能团；所述官能团包括羧基、氨基或羟基。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述纳米粒子的尺寸小于0.2μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述溶剂包括水、乙醇和丙酮中的至少一种；所述纳米粒子分散液的质量浓度为0.1％～5％。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述均匀分散的方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧云福，茅东升，吴龙强，赵红晨，刘坤，翁宜婷，付安然，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：