【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机高分子化合物的组合物，尤其涉及一种无人机翼片用轻质高强度复合材料的制备方法。
技术介绍
1、无人飞行器一般是指由动力驱使、可自主飞行或遥控飞行、能携带任务载荷执行特定任务、可一次性使用亦可重复性使用的无人驾驶航空器。民用无人机在航拍、海洋、气象、勘探、通信、农业等领域应用的技术效果和经济效益都非常被看好。此外，无人机在边境巡逻、缉毒缉私、治安反恐等领域也有着良好的应用前景。世界上的各种无人机，包括靶机、无人侦察机、无人作战飞机以及微型无人机和各种民用无人机均无一例外地大量使用了复合材料，有些甚至是全复合材料无人机。因此以复合材料为核心的无人机机体结构技术应是各种无人机发展的关键技术之一。
2、复合材料凭借其比强度高、比刚度大、成型工艺性好及材料的可设计性获得了设计师的青睐。材料的比强度和比模量是材料性能的重要指标。高的比强度、比模量能够大大减轻无人机的机身质量，降低无人机的载荷成本，对无人机结构的轻质化、小型化和高性能化意义重大。其中以碳纤维复合材料为主的先进复合材料，占到了结构总质量分数的60％～80％，使机体减重25％以上。
3、中国专利202011193120.x公开了一种碳纤维复合材料、无人机机翼及其制备方法，碳纤维复合材料包括碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂和表面活性剂，所述碳粉末与碳纤维预浸料的质量比为1:(50～78)，所述液态环氧树脂与固化剂的质量之和与碳纤维预浸料的质量比为1:(10～22)，所述表面活性剂的质量为碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂质量
4、中国专利201510745459.9公开了一种环氧树脂体系及其制备方法。所述环氧树脂体系包括a组分和b组分，所述a组分包括环氧树脂80％-85％、稀释剂14-19％、功能助剂0.1％-3％；所述b组分包括脂环胺40％-60％、聚醚胺20％-45％，增韧型改性10％-30％，其中，所述环氧树脂为双酚ad型环氧树脂、氢化双酚ad型环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂、氢化双酚f型环氧树脂中的一种或几种。该环氧树脂体系，对碳纤维的润湿速度快，浸润效果好；能实现快速固化并具有良好的耐热性；工艺操作性优异，且具有优良的力学性能；固化物在高温下烘烤或户外使用无粉化、无黄变情况，能够应用于无人机的制作，满足无人机对复合材料的性能要求。
5、复合材料是由界面分明、物理化学性能不同的材料构成的性能优异的多相材料。目前，无人机领域使用的主要是纤维增强复合材料。纤维增强复合材料中常用的纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和硼纤维。其中，碳纤维是由有机纤维经过热处理转化而成的含碳量高于90％的无机高性能纤维，既具有碳材料的固有特性，又具有纺织纤维的柔软可加工性。但是碳纤维表面光滑且具有化学惰性，以至于碳纤维复合材料的界面强度非常弱将极大地影响碳纤维复合材料的性能。因此，研发出一种界面强度高且轻质的复合材料是十分必要的。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无人机翼片用轻质高强度复合材料的制备方法。
2、碳纤维复合材料的界面具有传递应力、阻断破坏、性能不连续、散射和吸收、诱导结晶等多重作用。界面作为纤维和树脂之间连接的“纽带”，能够将外力传递给增强体。碳纤维为脆性材料，轴向强度高，但剪切强度低，并且特别容易折断。复合材料中界面的存在能够阻止裂纹沿垂直于纤维轴的方向扩展，减缓应力集中，避免材料发生直接破坏。这是复合材料增强增韧的直接原因。本专利技术中通过对碳纤维进行改性，在碳纤维表面引入纳米碳材料来增强碳纤维的表面粗糙度，使其与树脂基体之间形成机械锁合，增强碳纤维与树脂基体之间的界面相容性。这种改性不会像表面活化改性一样会降低碳纤维的机械性能，而且还可以保护碳纤维的机械性能，改善复合材料的力学、热学等性能。
3、由于无人机工作环境的特殊性，因此对于材料的性能要求非同一般，轻质的同时强度也需要高才能预防高空坠落或者撞击时的损伤。并且由于户外环境的恶劣，材料不仅要遭受极端的高低温环境还非常容易受到磨损，表面可能会产生很多裂纹，这将进一步加快材料的破坏。本专利技术通过对碳纤维进行改性，通过引入多面体低聚硅氧烷以及碳纳米管同时提升了其热学性能及力学性能，还改善了界面性能因此与树脂直接相容性更好。专利技术人还通过在环氧树脂和交联剂中引入硅氧烷来构建了动态的可逆键网络，在遭受损伤时能够通过链运动的方式自行愈合，从而达到持久稳定的效果，因而能够维持更长的使用时间。
4、为实现上述目的，本专利技术提供了一种无人机翼片用轻质高强度复合材料的制备方法，包括如下步骤：
5、s1将碳纤维5～10重量份分散在100～500重量份的n,n-二甲基甲酰胺中，再加入4-二甲基氨基吡啶0.05～0.1重量份、对甲苯磺酰氯4～8重量份和三乙胺1～3重量份，室温下搅拌2～6h，反应结束后过滤，残余物经乙酸乙酯、水、盐水洗涤后干燥再分散于100～500重量份的n,n-二甲基甲酰胺中，加入邻苯二甲酰亚胺钾盐3.5～6.5重量份，室温下搅拌12～18h，过滤，残余物经乙醚、水洗涤后干燥分散于100～500重量份的n,n-二甲基甲酰胺中，加入水合肼4～8重量份，加热至100～120℃在氮气气氛下搅拌12～18h，降至室温后过滤，残余物经水、盐水洗涤后干燥直接用于下一步；
6、s2将上一步的碳纤维与八缩水甘油二甲基甲硅烷基笼型倍半硅氧烷3～8重量份加入到100～300重量份的四氢呋喃中，加热至45～55℃下搅拌3～6h，降至室温后过滤，残余物经四氢呋喃洗涤后加入到100～200重量份的四氢呋喃中，再加入4～12重量份氨基化碳纳米管，分散均匀后加热至50～60℃下搅拌24～48h，每1h分散一次以免发生沉积，反应结束后过滤，残余物经四氢呋喃洗涤后得到改性碳纤维；
7、s3将n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷6～10重量份、八苯基环四硅氧烷4～6重量份、三甲基硅醇钠0.4～0.6重量份混合后加热至120～150℃，氮气氛围下搅拌3～6h得到交联剂；
8、s4将改性碳纤维、步骤s3中的交联剂、双酚a环氧树脂、抗氧剂混合后经挤出、造粒即得无人机翼片用轻质高强度复合材料。
9、进一步的，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。
10、进一步的，所述步骤s3中改性碳纤维、交联剂、双酚a环氧树脂、抗氧剂的质量比为1～2:0.5～1.8:1.5～4:0.01～0.05。
11、本专利技术还提供了一种无人机翼片用轻质高强度复合材料，由上述方法制备而成。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种无人机翼片用轻质高强度复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中加热的温度范围为100～120℃。
3.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中加热的温度范围为45～60℃。
4.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中加热的温度范围为120～150℃。
5.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中搅拌时间为3～6h。
6.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的至少一种。
7.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中改性碳纤维、交联剂、双酚A环氧树脂、抗氧剂的质量比为1～2:0.5～1.8:1.5～4:0.01～0.05。
8.一种无人机翼片用轻质高强度复合材料，其特征在于：由权利要
...【技术特征摘要】
1.一种无人机翼片用轻质高强度复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中加热的温度范围为100～120℃。
3.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中加热的温度范围为45～60℃。
4.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中加热的温度范围为120～150℃。
5.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中搅拌时间为3...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟荣，唐善学，周旭兵，
申请(专利权)人：东莞市纳米诺复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。