[发明专利]一种具有应力健康监测功能的碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺复合材料制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种具有健康监测功能的碳纳米管‑碳纤维/双马来酰亚胺复合材料制备方法，本方法将金属性碳纳米管在树脂基体中形成的纳米级导电网络与碳纤维形成的宏观导电网络结合起来，通过微机电机子试验机在对试块进行机械性能测试的过程中，利用其电阻变化对复合材料的力学性能(材料损伤)进行监测。与现有技术相比，本发明中制备的碳纳米管‑碳纤维/双马来酰亚胺复合材料能够实现复合材料的在应力下的健康监测；本技术方案中碳纳米管与碳纤维发挥了协同增强作用，从而进一步提高了复合材料的性能。

技术领域

本发明涉及一种多相复合材料，尤其是涉及一种具有应力健康监测功能的碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺复合材料制备方法及应用。

背景技术

碳纤维/双马来酰亚胺复合材料因其高比强度、模量抗疲劳、耐高温等优点在航空天领域得到了广泛的应用。然而，复合材料服役过程中所承受的载荷环境比较复杂，在力和作用下极易产生缺陷。其中树脂基体微米级的缺陷产生与蔓延是影响复合材料可靠性重要问题之一，在载荷和环境条件下，这些微小的缺陷可能逐渐扩展为较大裂纹，引起碳纤维层和树脂间的脱粘，从而影响复合材料的可靠服役，目前仍缺少对此种损伤高效监测方法。

近年来，碳纳米管因其优异的力学、电学等性能在树脂基复合材料结构中得到了广泛的应用，为发展新一代的健康监测技术开辟了新的方向。但是现有技术中难以将材料性能的实时监测和材料一并引入至碳纳米管改性的双马来酰亚胺复合材料中，因此导致碳纳米管改性的双马来酰亚胺复合材料的工程应用和测试研究遇到阻碍。因此亟待解决的问题是，研发一种可实现应力健康实时监测的高性能碳纳米管改性双马来酰亚胺复合材料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有应力健康监测功能的碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺复合材料制备方法及应用，通过在外加应力下对复合树脂电阻变化率的监测进一步实现碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺三相复合材料的健康监测性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中具有应力健康监测功能的碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺复合材料制备方法，包括以下步骤：

S1：半导体性的碳纳米管的制备，配置正己烷和四氢呋喃的混合液，向混合液中加入碳纳米管，分散均匀，离心，收集离心后的上清液，烘干，得到半导体性的碳纳米管；

S2：金属性碳纳米管溶液的制备，将S1中得到的半导体性的碳纳米管加入到异丙胺的水溶液中，分散均匀，离心，将离心后的沉淀部分去除，得到金属性碳纳米管溶液；

S3：富集金属性碳纳米管的制备，将S2中得到的金属性碳纳米管溶液通过微孔滤膜滤去上清液，醇洗，得到富集金属性碳纳米管；

S4：胶液的制备，将S3中得到的富集金属性碳纳米管与PVP乙醇溶液混合，恒温搅拌分散均匀，加入二烯丙基双酚A，分散均匀，蒸去乙醇，之后在130～150℃下进行预聚反应，得到胶液；

S5：预浸料的制备，将S4过程制备的预聚体胶液均匀涂覆在碳纤维布表面，晾干，烘干其中水分，得到预浸料；

S6：模压成型，将S5过程中得到的预浸料平铺放置在模具中，去除气泡，之后放入真空成型机中模压成型，得到具有应力健康监测功能的碳纳米管-碳纤维/双马来酰亚胺复合材料。

进一步地，S1中投加的正己烷和四氢呋喃的质量比为1:5，正己烷和四氢呋喃混合液与碳纳米管的质量比为10:1。

进一步地，S2中异丙胺水溶液的浓度为1mol/L～5mol/L。

进一步地，PVP的乙醇溶液浓度为0.5％～2.5％。PVP含量过低则碳纳米管表面处理不佳，与树脂的复合性能较差无法形成均匀的导电网络，无法实现应力下的健康监测；PVP含量过高则溶液粘度增加，影响碳纳米管在其中的均匀分散。