[发明专利]制备碳纤维复合材料层间剪切强度样条的方法

说明书

本发明涉及一种制备复合材料层间剪切强度样条方法，属于复合材料的测试领域。a)在制样之前，根据碳纤维的规格和复合材料样条中纤维的含量计算所需碳纤维的根数；b)称量并配制适量的环氧树脂胶液，将其放入烘箱中热熔至透明状；c)将碳纤维置于退卷装置上，将其导入浸胶槽，将热熔后的环氧树脂胶液倒入浸胶槽中，没过纤维，并在缠丝板上缠绕相应根数浸渍胶液后的纤维；d)用刀片取下缠丝板上浸渍胶液的纤维，对称折叠3次后，平直放入提前在烘箱中预热且均匀涂有脱模剂的模具槽体的凹槽中；e)将纤维和槽体一并放入140℃的烘箱中加热60min，胶液变硬时取出模具槽体，放回140℃烘箱中继续加热60‑90min，取出后再次加压150‑280N·m，再放入160℃烘箱中固化2‑4h后，冷却、脱模切割成所需尺寸测试样条。

技术领域

本发明涉及复合材料测试领域，具体地说是一种制备碳纤维复合材料层间剪切强度样条的方法。

背景技术

碳纤维是经1300-1600℃高温炭化制得的含碳量高达90％以上的新型碳材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、传热、减震、降噪等优异性能，被广泛应用于航空、航天等高科技领域，是重要的战略物资。作为一种脆性材料，碳纤维很少单独使用，多与环氧树脂结合制成复合材料以充分发挥其优良性能,由于碳纤维增强树脂基复合材料的力学性能取决于树脂基体与增强碳纤维界面的粘接性能，因此，常用碳纤维层间剪切强度的高低来衡量粘接性能的好坏，目前，制备碳纤维层间剪切强度样条通常采用的流程为：一种是利用退卷装置对碳纤维丝束进行退卷，然后经导丝辊导入胶液槽，经缠绕辊卷绕形成单向预浸布，另一种是经涂膜工序对树脂进行均匀涂膜，然后经浸胶工序制得单向预浸料，再经过剪切、叠层、真空压合、干燥制成平板和机械加工工序切割成符合要求的样条，这两种制样方式不仅工艺复杂、流程长，而且制样设备占据空间大，不适合在实验室使用单人无法完成制样操作，另外，制样过程中需要的碳纤维筒数多，也会造成不必要的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种制备碳纤维复合材料层间剪切强度样条的方法，通过样条的层间剪切强度实验可有效监控碳纤维复合材料生产过程中纤维表面的粘接性能和效果，为碳纤维复合材料产品质量的提高改进提供实验数据，该方法具有以下优点:制样快速、操作简单、设备占据空间小适合单人在实验室独立操作，节约成本碳纤维材料消耗低。

本发明为了解决上述技术问题，提供一种制备碳纤维层间剪切强度样条的方法，包括以下步骤：

a)在制样之前，根据碳纤维的规格和复合材料样条中纤维的含量计算所需碳纤维的根数：假设样条中碳纤维所占体积分数为f，层间剪切样条宽度为b mm，制样的厚度为h mm，每根碳纤维丝束的密度为Dg/cm³，碳纤维丝束的线密度为dg/km，则所需碳纤维根数N应满足公式：N=1000fbh /(d/D)；

b)称量并配制适量的环氧树脂胶液，将其放入烘箱中热熔至透明状；

c)将碳纤维置于退卷装置上，施加5-15N的退卷张力将其导入浸胶槽，将热熔后的环氧树脂胶液倒入浸胶槽中，没过纤维，并在缠丝板上缠绕相应根数浸渍胶液后的纤维；

d)用刀片取下缠丝板上浸渍胶液的纤维，对称折叠3次后，在纤维两端施加一定的张力，平直放入提前在烘箱中预热且均匀涂有脱模剂的模具槽体的凹槽中；

e )将纤维和槽体一并放入140℃的烘箱中加热60min，胶液变硬时取出模具槽体，将槽体和上盖契合后加压至槽体和上盖之间留有约0.5-0.8mm的缝隙时，放回140℃烘箱中继续加热60-90min，取出后再次加压150-280N·m，再放入160℃烘箱中固化2-4h后，冷却、脱模切割成所需尺寸测试样条。