【技术实现步骤摘要】
本申请涉及复合材料，尤其涉及一种高抗雷击碳纤维预浸料及复合材料和应用。
技术介绍
1、连续碳纤维增强的树脂基复合材料在航空、风电等领域应用中遇到的一个重要问题是雷击损伤问题。发展自身具有高抗雷击的复合材料，使复合材料自身能够疏导雷击大电流，避免造成大的损伤，近十年来，这类材料得到了长足的发展。在复合材料中引入导电介质，提高复合材料的导电性是最常用的方法。以碳纳米管、石墨烯为代表的碳纳米材料引入到树脂中，可以显著提高复合材料的导电性。现有技术中的碳纳米管等碳纳米材料改性的复合材料通常具有较低的碳纳米材料含量，这导致复合材料的导电性提高有限，抗雷击性能不足；而当碳纳米管含量过高时，树脂体系粘度过大，不利于复合材料成型，还会导致复合材料孔隙率的增加，导致复合材料厚度增加，表现为纤维体积分数下降。因此，如何使复合材料具有足够的导电通路和导电性以疏导雷击电流，同时具有较好的成型工艺以降低树脂粘度和保持纤维体积分数，是目前该类本体高抗雷击复合材料研制需要注意的问题。
技术实现思路
1、(1)要解决的技术问题
2、本申请提供了一种高抗雷击碳纤维预浸料及复合材料和应用，要解决的技术问题是：如何使复合材料具有足够的导电通路和导电性以疏导雷击电流，同时具有较好的成型工艺以降低树脂粘度和保持纤维体积分数。
3、(2)技术方案
4、第一方面，本申请提供了一种高抗雷击碳纤维预浸料，包括连续增强碳纤维和基体树脂；所述基体树脂中含有一种或多种碳纳米材料，所述碳纳米材料的总含量
5、所述基体树脂中不含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a满足a≥2且2×(60-vf)+15≥a≥2×(60-vf)+5，其中，vf(％)为预浸料或固化后复合材料的纤维体积分数；
6、所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述不导电颗粒的密度为ρ(g/cm3)，平均粒径为d(μm)，含量为b(wt％)；所述碳纳米材料的总含量a满足a≥2且2×(60-b/2ρ-vf)+15≥a≥2×(60-b/2ρ-vf)+5。
7、更进一步地，所述基体树脂中不含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a的范围为2～19wt％；所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a的范围为5～19wt％；预浸料或固化后复合材料的纤维体积分数vf(％)的范围为58≥vf≥64。
8、更进一步地，所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述不导电颗粒的含量b和密度ρ的比值b/ρ不高于10，且含量b低于所述碳纳米材料的总含量a的3倍，并且平均粒径d≤20μm。
9、更进一步地，所述碳纳米材料为碳纳米管和碳纳米纤维的混合物，其中，所述碳纳米管的直径≤25nm，所述碳纳米管的含量为0.5～4wt％，所述碳纳米纤维的直径大于60nm。
10、更进一步地，所述碳纳米材料为石墨烯和碳纳米纤维的混合物，其中，所述石墨烯的含量为0.5～4wt％，所述碳纳米纤维的直径大于60nm。
11、更进一步地，所述碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维的混合物，其中，所述碳纳米管的直径≤25nm，所述碳纳米管和所述石墨烯的总含量为0.5～4wt％，所述碳纳米纤维的直径大于60nm。
12、更进一步地，所述碳纳米管的长径比高于1000。
13、更进一步地，所述碳纳米纤维的长径比高于50。
14、第二方面，本申请提供了一种高抗雷击碳纤维复合材料，基于如上所述的高抗雷击碳纤维预浸料制备得到，复合材料的厚度向电导率高于0.2s/cm。
15、第三方面，本申请提供了一种如上所述的高抗雷击碳纤维预浸料或如上所述的高抗雷击碳纤维复合材料在复合材料领域中的应用。
16、(3)有益效果
17、本申请的上述技术方案具有如下优点：
18、本申请第一方面提供的高抗雷击碳纤维预浸料，通过预浸料中的碳纳米材料组成、含量设计和导电性设计，实现了复合材料的高抗雷击性能，同时保持良好的工艺性和所要求的纤维体积分数。
19、可以理解的是，上述第二方面和第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
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1.一种高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，包括连续增强碳纤维和基体树脂；所述基体树脂中含有一种或多种碳纳米材料，所述碳纳米材料的总含量为a(wt％)；所述基体树脂中含有或不含有不溶性的不导电颗粒；
2.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述基体树脂中不含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a的范围为2～19wt％；所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a的范围为5～19wt％；预浸料或固化后复合材料的纤维体积分数Vf(％)的范围为58≥Vf≥64。
3.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述不导电颗粒的含量b和密度ρ的比值b/ρ不高于10，且含量b低于所述碳纳米材料的总含量a的3倍，并且平均粒径d≤20μm。
4.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纳米材料为碳纳米管和碳纳米纤维的混合物，其中，所述碳纳米管的直径≤25nm，所述碳纳米管的含量为0.5～4wt％，所述碳纳米纤维的直径大于60nm。
5.如
6.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维的混合物，其中，所述碳纳米管的直径≤25nm，所述碳纳米管和所述石墨烯的总含量为0.5～4wt％，所述碳纳米纤维的直径大于60nm。
7.如权利要求4或6所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纳米管的长径比高于1000。
8.如权利要求4至6任一项所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纳米纤维的长径比高于50。
9.一种高抗雷击碳纤维复合材料，其特征在于，基于如权利要求1至8任一项所述的高抗雷击碳纤维预浸料制备得到，复合材料的厚度向电导率高于0.2S/cm。
10.如权利要求1至8任一项所述的高抗雷击碳纤维预浸料或如权利要求9所述的高抗雷击碳纤维复合材料在复合材料领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，包括连续增强碳纤维和基体树脂；所述基体树脂中含有一种或多种碳纳米材料，所述碳纳米材料的总含量为a(wt％)；所述基体树脂中含有或不含有不溶性的不导电颗粒；
2.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述基体树脂中不含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a的范围为2～19wt％；所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述碳纳米材料的总含量a的范围为5～19wt％；预浸料或固化后复合材料的纤维体积分数vf(％)的范围为58≥vf≥64。
3.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述基体树脂中含有不溶性的不导电颗粒时，所述不导电颗粒的含量b和密度ρ的比值b/ρ不高于10，且含量b低于所述碳纳米材料的总含量a的3倍，并且平均粒径d≤20μm。
4.如权利要求1所述的高抗雷击碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纳米材料为碳纳米管和碳纳米纤维的混合物，其中，所述碳纳米管的直径≤25nm，所述碳纳米管的含量为0.5～4wt％，所述碳纳米纤维的直径大于...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭妙才，李斌太，鲁文廓，赵大方，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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