【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能纤维复合材料，具体涉及一种高强高模碳纤维超薄预浸料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、碳纤维增强树脂基复合材料以其质量轻、高比强度、高比模量、优异的综合性能等特点，被广泛应用于航空、航天领域。碳纤维预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。预浸料的优劣关系直接关系到复合材料的质量，因此预浸料对复合材料的应用和发展有重要意义。高模量碳纤维因其比模量高、膨胀系数低、尺寸稳定性、耐高低温性能好、导电性好等特点，是卫星结构件、精密光学仪器、天线、不可替代的重要材料。
2、普通规格的碳纤维预浸料的单层厚度约0.125mm，超薄预浸料是指单层厚度可以达到0.08mm及以下的预浸料。与常规预浸料相比，超薄预浸料厚度减少、更易排出层间气泡，使纤维与树脂浸润更均匀，薄层化后的预浸料具有延缓与抑制基体裂纹的萌生扩展的作用。
3、由于分散性与工艺方法的滞后，超薄预浸料制备的复合材料综合力学性能通常略低于常规预浸料制备的复合材料。但超薄预浸料在铺层数较少的制件上应用其综合力学性能更优异，增加铺层方向的可设计性，在飞行器的较小厚度区应用前景广阔。
4、t300(拉伸强度4900mpa，拉伸模量230gpa)、t700(拉伸强度4900mpa，拉伸模量230gpa)、t800(拉伸强度5880mpa，拉伸模量294gpa)、m40j(拉伸强度4400mpa，拉伸模量377gpa)，t系列代表高强系列，mj代表高强高模系列，随着碳纤维模
5、碳纤维的断裂伸长率是材料强度和韧性的重要指标之一，具有伸长率越高，材料的韧性越好，抗拉性能越强。高模碳纤维石墨化程度高，拉伸模量高，碳纤维伸长率低。经过对国内外的m40x、m55j、m60j、m65j等高模量、高性能的碳纤维制备预浸料过程中，发现高模量碳纤维的脆性大，很难不产生毛丝、断裂的情况，对预浸料的力学性能、表观质量、成型效率、成品率等都产生了较大的影响。
6、为制备超薄预浸料，需要对碳纤维进行展纱以达到扩展纤维单丝变薄，且最大限度地减少因工艺成型过程带来的纤维损伤。展纤是指通过一定的方法，在尽量保证纤维力学性能不受损伤，不发生纤维单丝断裂和起毛的情况下，将纤维束展宽、展薄。
7、公告号为cn106903909b的专利文献公开了一种超薄预浸料的制备方法，包括：纤维层制备、树脂层制备以及超薄预浸料制备等步骤，该方法采用展纱方式制备纤维层，得到了高质量较大尺寸的超薄预浸料。
8、公告号为cn116373163a的专利文献公开了高精度碳纤维预浸料生产工艺，包括：制备单向增强碳纤维和基体树脂；对单向增强碳纤维进行展纱处理后排布在预浸料中；以离型纸作为载体，涂覆基体树脂形成一定质量的树脂膜，将离型纸上的树脂膜粘贴在均匀展开的单向增强碳纤维上下两面；在室温～120℃的条件下加压，使树脂与片状增强碳纤维完全浸渍。该专利技术能够保证预浸料的纤维面密度的准确性和稳定性。
9、虽然现有技术已经对超薄预浸料的制备进行了研究，但随着市场中高模量纤维的需求持续增强，已经有m40x、m55j、m60j、m65j等高模量、高性能的碳纤维原料出现，如何以这些碳纤维原料制备超薄预浸料的研究还未见报道，急需通过技术开发，将高模量、高性能预浸料应用到航空航天等各个领域中。
10、此外，碳纤维与金属材料接触使用时，容易发生电偶腐蚀，造成金属材料的腐蚀失效，将影响金属压辊的使用寿命，随着金属压辊被逐渐腐蚀后，对碳纤维的损伤会增大，造成一定精加工难度提升，影响预浸料的质量。
11、目前国内在t700、t800、m40级碳纤维制备的超薄预浸料上已有部分应用，国内市场暂无高强高模的m40x、m55j及以上的高模量级别碳纤维制备超薄预浸料的技术和产品。
12、综上所述：制备高强高模m40x、m55j及以上超薄预浸料能够实现为航空、航天等领域的空间飞行器等产品减重与刚性提升，增加对航空航天领域的轻质薄层化产品的在应用环境下的对超薄厚度区域的可设计性，增强其碳纤维超薄预浸料力学性能与层间性能。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高强高模碳纤维超薄预浸料的制备方法，该方法简单、操作方便、可设计性强，适用于m40x、m55j、m60j及以上级别的高强高模碳纤维超薄预浸料的制备。
2、一种高强高模碳纤维超薄预浸料的制备方法，包括以下步骤：
3、将高强高模碳纤维进行展纱处理，得到平整的纤维束，将纤维束与置于纤维束上下方的树脂胶膜叠放压合，在温度和压力的作用下，使树脂对纤维束进行充分浸润，再经冷却、覆膜、收卷，得到所述的高强高模碳纤维超薄预浸料，其中，所述的高强高模碳纤维为m40x、m55j、m60j及以上级别碳纤维中的一种，拉伸模量＞377gpa。
4、优选地，所述的将高强高模碳纤维进行展纱处理，得到平整的纤维束的具体步骤为：将多束所述的高强高模碳纤维挂上纱架，依次经集纱板、展纱梳、展纱辊区、限位辊进行处理。
5、优选地，所述的展纱辊表面为聚四氟乙烯材质，限位辊表面为陶瓷材质。
6、本专利技术的展纱辊均在金属辊表面采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯层紧密套在金属展纱辊外部，可减少纤维与辊之间的摩擦力，减少毛丝、断丝等损伤的产生。由于聚四氟乙烯稳定性高，难溶解而且熔点以上也不流动，可在-180～260℃长期使用。
7、本专利技术的限位辊表面采用陶瓷材质。陶瓷具有耐高温、高温抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优点，在金属内芯表面增加陶瓷层，陶瓷涂层最高可承受600℃的高温，在＜200℃内有较好的稳定性，且可有效阻断碳纤维对金属基体材料的侵蚀，延长金属内芯压辊的使用寿命，有效解决碳纤维对金属辊的腐蚀问题。
8、优选地，所述的聚四氟乙烯层的厚度10-20mm。此厚度的聚四氟乙烯层方便加工，具有优异传热效果。
9、优选地，所述的展纱辊区分为ⅰ区与ⅱ区，展纱辊ⅰ区包括两个展纱梳s1、展纱梳s2和位于两个展纱梳之间的多个展纱辊，通过展纱梳梳理纤维路径，通过展纱辊加少许张力展纱，展纱辊ⅱ区包括多个展纱辊，通过调整多个展纱辊间位置，加大展纱效果。
10、所述的展纱辊与限位辊区域，除展纱作用外，还具有控制碳纤维预浸料幅宽的作用，在展纱辊ⅰ区与ⅱ区至限位辊的整个区域内，碳纤维预浸料的幅宽为变动设置。展纱辊与限位辊通过调整穿纱方式与逐级缩小幅宽的方式来将纤维束扩展后再限位定幅宽。
11、优选地，所述的展纱梳s1、展纱梳s2和限位辊配合用于逐渐缩小后续制备的高强高模碳纤维超薄预浸料的幅宽，其中，展纱梳s1与展纱梳s2s2配合将高强高模碳纤维超薄预浸料的幅宽缩小5～10mm，展纱梳s2与限位辊配合将高强高模碳纤维超薄预浸料的幅宽缩小0～5mm。
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【技术保护点】
1.一种高强高模碳纤维超薄预浸料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的将高强高模碳纤维进行展纱处理，得到平整的纤维束的具体步骤为：将多束所述的高强高模碳纤维挂上纱架，依次经集纱板、展纱梳、展纱辊区、限位辊进行处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的展纱辊表面为聚四氟乙烯材质，限位辊表面为陶瓷材质。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的展纱辊区分为Ⅰ区与Ⅱ区，展纱辊Ⅰ区包括两个展纱梳S1、展纱梳S2和位于两个展纱梳之间的多个展纱辊，通过展纱梳梳理纤维路径，通过展纱辊加少许张力展纱；展纱辊Ⅱ区包括多个展纱辊，通过调整多个展纱辊间位置，加大展纱效果。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的展纱梳S1、S2和限位辊配合用于逐渐缩小后续制备的高强高模碳纤维超薄预浸料的幅宽，其中，展纱梳S1与展纱梳S2配合将高强高模碳纤维超薄预浸料的幅宽缩小5～10mm，展纱梳S2与限位辊配合将高强高模碳纤维超薄预浸料的幅宽缩小0～5mm。
6.
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得到的高强高模碳纤维超薄预浸料。
8.根据权利要求7所述的高强高模碳纤维超薄预浸料，其特征在于，所述的高强高模碳纤维超薄预浸料的单层理论厚度为0.03～0.08mm；高强高模碳纤维超薄预浸料中树脂的质量含量为25～55％。
9.根据权利要求7或8所述的高强高模碳纤维超薄预浸料在航空、航天或电子领域中的应用。
10.一种碳纤维复合材料，由权利要求7或8所述的高强高模碳纤维超薄预浸料制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高强高模碳纤维超薄预浸料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的将高强高模碳纤维进行展纱处理，得到平整的纤维束的具体步骤为：将多束所述的高强高模碳纤维挂上纱架，依次经集纱板、展纱梳、展纱辊区、限位辊进行处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的展纱辊表面为聚四氟乙烯材质，限位辊表面为陶瓷材质。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的展纱辊区分为ⅰ区与ⅱ区，展纱辊ⅰ区包括两个展纱梳s1、展纱梳s2和位于两个展纱梳之间的多个展纱辊，通过展纱梳梳理纤维路径，通过展纱辊加少许张力展纱；展纱辊ⅱ区包括多个展纱辊，通过调整多个展纱辊间位置，加大展纱效果。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的展纱梳s1、s2和限位辊配合用于逐渐缩小后续制备的高强高模...
【专利技术属性】
技术研发人员：李莹莹，张永刚，于水鑫，金璐，王雪飞，王大程，
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：
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