[发明专利]一种增强热塑性自动铺放构件层间性能的方法

说明书

一种增强热塑性自动铺放构件层间性能的方法，本发明涉及热塑性自动铺放复合材料改性领域。本发明要解决现有热塑性自动铺放原位固化成型构件的层间性能较传统热压罐工艺水平低的问题。方法：一、制备不同分散度的碳纳米纸；二、采用自动铺放方法将热塑性纤维预浸料和步骤一获得的碳纳米纸进行交替叠层铺放制备成型。本方法不仅能够在一定程度上有效提升热塑性制品的层间力学特性，还能对碳纳米材料的层间分散性及多尺度力学特性间的工艺协调性进行有效调控。该方法可为热塑性复合材料高效率、高质量自动化成型制造提供一种新途径。本发明用于制备碳纳米材料改性热塑性自动铺放复合材料。

技术领域

本发明涉及热塑性自动铺放复合材料改性领域。

背景技术

复合材料自动铺放成型技术具有成型效率高、曲面结构铺覆性好、复杂曲面的适用性强、容易满足大曲率凹凸曲面、坡高比大的复合材料构件成型要求。自动铺放成型技术使得复杂结构的构件设计—制造一体化制备成为可能，是近几年发展最快、最有效的复合材料全自动化成型制造技术之一。按照预浸料热行为不同，可分为热固性和热塑性两类，虽然热固性复合材料铺放成型工艺已相对成熟，但需要进入热压罐二次成型，且不可回收，因而限制了其在超大型构件上的应用。而热塑性材料不仅可以多次回收利用，铺放时还能利用原位固化技术，使铺放/固化一体成型，提升了生产效率。此外，热塑性复合材料还具有高韧性、高冲击性和损伤容限、无限预浸料储存周期、易焊接、易修复等众多优点，是未来航空航天潜在的应用材料之一。

热塑性自动铺放成型技术使复杂构件铺放/固化一体成型成为可能，且具有生产效率高、环境友好性好等特点，广泛受到业界关注，然而现阶段该技术尚存在以下问题：采用自动铺放原位固化技术，其制品所能达到的层间强度只能接近传统热压罐固化制品强度的90％左右，虽然激光、氙灯等先进热源的出现一定上提升了热塑性复合材料制品的层间性能，但依然未能达到热压罐成型水平。主要原因是由于加热和冷却时间很短，树脂在纤维间的流动不充分，导致出现层间有明显的富树脂区，造成层间力学性能较薄弱。为此，本发明提出一种利用二维碳纳米材料掺杂层间方法及工艺实现方法，在不增厚的情况下，提升复合材料层间性能，达到或超过传统热压罐固化制品水平，这对于热塑性复合材料广泛应用具有重要的指导意义。

发明内容

本发明要解决现有热塑性自动铺放原位固化成型构件的层间性能较传统热压罐工艺水平低的问题，而提供一种增强热塑性自动铺放构件层间性能的方法。

一种增强热塑性自动铺放构件层间性能的方法，具体按以下步骤进行：

一、将碳纳米材料粉末放入溶剂中，加入表面活性剂，搅拌均匀，获得混合物，过滤，烘干，获得碳纳米纸；

二、采用自动铺放方法将热塑性纤维预浸料和步骤一获得的碳纳米纸进行交替叠层铺放制备成型，获得碳纳米纸改性复合材料铺放构件，完成该方法。

其中步骤一制备的碳纳米纸的分散度可由碳纳米材料添加的不同含量获得。

进一步的，步骤一中碳纳米材料粉末为碳纳米管或碳纳米纤维。

进一步的，所述碳纳米纤维长度为10～20μm，直径为100～200nm。

进一步的，所述碳纳米管长度为20～30μm，直径为20～30nm。

进一步的，步骤一中溶剂为去离子水。

进一步的，步骤一中表面活性剂为聚氧乙烯-8-辛基苯基醚，获得的混合物中表面活性剂质量浓度为0.2～0.6％。

步骤二所述热塑性纤维预浸料为可以自动铺放原位固化成型的全部热塑性纤维预浸料。

进一步的，步骤二所述热塑性纤维预浸料为热塑性碳纤维预浸料或热塑性玻璃纤维预浸料。本发明的有益效果是：