本发明专利技术公开了一种具有高度取向MWNTs的杂化纳米纤维同步增强增韧CFRP复合材料的制备方法，属于复合材料领域。其特征为：以CFRP预成型体贴附的可高速旋转辊筒作为静电纺丝的负极接收器，将具有高度取向MWNTs的热塑性工程塑料杂化纳米纤维毡或膜纺丝于预成型体上，所纺纳米纤维毡或膜相对于预成型体的树脂基体具有重量比例；将含有高度取向MWNTs的纳米纤维毡或膜的预成型体铺层，按照预成型体中树脂基体的工艺制度固化，制备同步增强增韧的CFRP复合材料。本发明专利技术工艺简单且复合材料结构可控，在较少的增强增韧组分含量下，复合材料的弯曲强度、模量以及II型层间断裂韧性显著提高，易于在实际生产中推广应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有高度取向MWNTs的杂化纳米纤维同步增强增韧CFRP的制备方法，属于复合材料领域。
技术介绍
在未来的商务大飞机的设计中，为降低运营成本以及提高飞行的舒适度，采用轻质高强的先进复合材料是必然的发展趋势。碳纤维增强复合材料(CFRP)的制备有多种方法，传统的RTM技术相比，运用预成型体成型技术制备CFRP操作简单，可以精确控制树脂基体组份，制备复杂形状的制品，而且具有孔隙率低的优势。·为兼顾高损伤容限和优良的预成型体的工艺特性，中国专利(ZL01100981. 0)提出了一种“离位”增韧的技术，将复相增韧技术中的增韧相从基体中分离，单独与增强相复合，在不改变原有热固性预浸料的工艺特点，并保持其面内力学性能不变的同时，提高了复合材料的冲击损伤阻抗。但是由于增韧组分的加入，在提高CFRP韧性的同时，往往以降低复合材料的耐热性为代价。中国专利(200510027914. 8)将功能无机纳米粒子分散到聚合物溶液中，通过静电纺丝制备了纳米纤维无纺布，将纳米纤维膜插入到复合材料的层间，制备了功能性夹层复合材料。然而由于无纺布中纤维的无序性，复合材料的增强效果是有限的。作为轻量化结构材料的理想增强相碳纳米管，近年来备受关注。然而碳纳米管增强CFRP复合材料的机械性能远未达到其理论预测值，除碳纳米管在树脂基体中分散性以及与树脂基体的界面结合力较差以外，另一个主要原因是在树脂基体中获得高度取向的碳纳米管十分困难。碳纳米管的表面官能化可以改善其在树脂中的分散与界面性能，采用预分散或取向的方法可以提高碳纳米管在树脂基体中的取向度。通过静电纺丝技术可以将聚合物-聚合物复合、聚合物-无机金属粒子或聚合物无机非金属粒子复合，获得同时具有两种或多种组份优异性质的高性能杂化纳米纤维，而且通过旋转辊筒接收的方式可以进一步提闻纳米纤维的取向度，有助于提闻碳纳米管在树脂基体中的分散性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是利用具有高度取向MWNTs的杂化纳米纤维膜同步增强增韧CFRP复合材料，从层间增强增韧的方法上真正解决碳纤维复合材料的增强增韧难题，解决了传统增韧方法导致CFRP复合材料强度、模量和耐热性降低的不足，同时提供了工艺简单具有可操作性的新方法，对实现CFRP同步增强增韧具有实际的应用价值。本专利技术的同步增强增韧CFRP复合材料的制备方法是以碳纤维预成型体贴附的高速旋转辊筒作为静电纺丝的接收器，获得具有高度取向MWNTs的杂化热塑性工程塑料纳米纤维毡或者膜，作为增强增韧组分铺设于预成型体的层间，在预成型体的树脂基体固化过程中通过杂化纳米纤维毡或膜的反应诱导相分离以及纳米纤维的“痕迹”效应来实现同步增强增韧效果，制备一种高强高韧的CFRP复合材料。所述增强增韧复合材料的增强增韧效果是以表面官能化提高碳纳米管与树脂基体的界面结合，通过热塑性塑料的纳米纤维在树脂基体固化过程中形成的热塑性塑料微球，以及直接高度取向的MWNTs在杂化纳米纤维溶解后依然沿纳米纤维的“痕迹”方向高度取向，并同热塑性塑料微球间的不同存在方式和形态，提高碳纳米管的均匀分散来实现的。本专利技术的具有高度取向的MWNTs杂化纳米纤维同步增强增韧CFRP复合材料的制备方法包括下列步骤(I)首先将MWNTs纯化，再采用混酸将MWNTs羰基化，然后利用聚合物对MWNTs进行表面官能化，以提高MWNTs在静电纺丝溶液以及CFRP树脂基体中的分散性。(2)采用静电纺丝方法制备具有高取向度MWNTs的杂化热塑性工程塑料纳米纤维，将贴附碳纤维预成型体的可高速转动辊筒作为静电纺丝的接收器，直接将杂化纳米纤维纺丝于预浸料上，形成纳米纤维毡或膜；杂化纳米纤维的直径为50nm-1000nm之间，控制 杂化纳米纤维毡或膜中碳纳米管的质量份数为0-20%，控制杂化纳米纤维毡或膜相对于碳纤维预成型体中树脂基体的质量份数为1-5% ；(3)重复上述步骤(2)，得到多层含有纳米纤维毡或者膜的碳纤维预成型体，然后将其铺层，按照预成型体中树脂基体的工艺制度固化，制备同步增强增韧的CFRP复合材料板材。所述步骤(I)中对MWNTs进行表面官能化所用的聚合物为聚酯、聚脲、环氧树脂、聚乙二醇、聚酰亚胺的一种或者几种。所述步骤(2)中具有高度取向MWNTs的杂化热塑性工程塑料的纳米纤维，其中热塑性工程塑料为聚酯、聚酰胺、聚醚砜、聚砜、聚醚酰亚胺、聚醚酮工程塑料的一种或者几种；热塑性工程塑料溶解于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、二氯甲烷、三氯乙烷、二甲基亚砜、四氢呋喃一种或几种溶剂中，制成溶液后静电纺丝。所述碳纤维预成型体为单向碳纤维的预浸料；经编、纬编及其轴向或多向碳纤维增强预浸料；二维两向或二维三向编织物的碳纤维预浸料。所述碳纤维预成型体中的树脂基体为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、乙烯基酯树脂之一。本专利技术的优点本专利技术利用碳纤维预成型体的易加工性及碳纤维的良好导电性能，将预成型体直接贴附的高速旋转辊筒上作为静电纺丝接收器，制备分散性良好且具有高度取向MWNTs的杂化热塑性工程塑料纳米纤维，杂化纳米纤维毡或者膜在预成型体的树脂基体层间发生原位诱导相分离，形成均匀分布的热塑性塑料微球；同时由于纳米纤维的“痕迹”效应，高度取向的MWNTs保持了原有的取向度且在预成型体层间良好分散，实现了 CFRP复合材料的同步增强增韧。本专利技术可以简化工艺操作，便于设计和控制CFRP复合材料的微观结构，重要的是提出了同步增强增韧CFRP复合材料的新思路。利用分散性良好的具有高度取向MWNTs的杂化热塑性工程塑料纳米纤维同步增强增韧CFRP复合材料，可以在较少的增强增韧组分含量下使CFRP复合材料的弯曲强度、模量以及II型层间断裂韧性(Gnc)显著提高，本专利技术中不同含量高度取向MWNTs的杂化聚砜杂化纳米纤维与同步增强增韧CFRP预浸料与无规取向MWNTs的杂化聚砜杂化纳米纤维增强增韧CFRP预浸料的弯曲强度、模量以及II型层间断裂韧性对比列于下表中。权利要求1.ー种具有高度取向MWNTs的杂化纳米纤维膜增强增韧CFRP复合材料的制备方法，其特征为，包括以下步骤 (1)首先将MWNTs纯化，再采用混酸将MWNTs羰基化，然后利用聚合物对MWNTs进行表面官能化，以提高MWNTs在静电纺丝溶液以及CFRP树脂基体中的分散性。(2)采用静电纺丝方法制备具有高取向度MWNTs的杂化热塑性工程塑料纳米纤维，将贴附碳纤维预成型体的可高速转动辊筒作为静电纺丝的接收器，直接将杂化纳米纤维纺丝于预浸料上，形成纳米纤维毡或膜；杂化纳米纤维的直径为50nm-1000nm之间，控制杂化纳米纤维毡或膜中碳纳米管的质量份数为0-20%，控制杂化纳米纤维毡或膜相对于碳纤维预成型体中树脂基体的质量份数为1-5% ； (3)重复上述步骤(2)，得到多层含有纳米纤维毡或者膜的碳纤维预成型体，然后将其铺层，按照预成型体中树脂基体的エ艺制度固化，制备同步增强增韧的CFRP复合材料板材。2.根据权利要求I所述的具有高度取向MWNTs的杂化纳米纤维同步增强增韧CFRP的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中对MWNTs进行表面官能化所用的聚合物为聚酯、聚服、环氧树脂、聚こニ醇、聚酰亚胺的一种或者几本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高度取向MWNTs的杂化纳米纤维膜增强增韧CFRP复合材料的制备方法，其特征为，包括以下步骤：（1）首先将MWNTs纯化，再采用混酸将MWNTs羰基化，然后利用聚合物对MWNTs进行表面官能化，以提高MWNTs在静电纺丝溶液以及CFRP树脂基体中的分散性。（2）采用静电纺丝方法制备具有高取向度MWNTs的杂化热塑性工程塑料纳米纤维，将贴附碳纤维预成型体的可高速转动辊筒作为静电纺丝的接收器，直接将杂化纳米纤维纺丝于预浸料上，形成纳米纤维毡或膜；杂化纳米纤维的直径为50nm？1000nm之间，控制杂化纳米纤维毡或膜中碳纳米管的质量份数为0？20%，控制杂化纳米纤维毡或膜相对于碳纤维预成型体中树脂基体的质量份数为1？5%；（3）重复上述步骤（2），得到多层含有纳米纤维毡或者膜的碳纤维预成型体，然后将其铺层，按照预成型体中树脂基体的工艺制度固化，制备同步增强增韧的CFRP复合材料板材。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，李鹏，杨小平，贾晓龙，朱博，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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