[发明专利]一种高性能大丝束碳纤维复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能大丝束碳纤维复合材料，其特征在于，通过环氧树脂体系和增强碳纤维复合而成，所述增强纤维为工业级大丝束碳纤维，所述环氧树脂体系包括如下质量份组分：100份环氧树脂、30～60份固化剂、5～30份热塑性树脂粉末和0.5～2份促进剂。

2.根据权利要求1所述的高性能大丝束碳纤维复合材料，其特征在于，所述工业级大丝束碳纤维的丝束规格为36～60K，拉伸强度为3600～5000MPa，拉伸模量为230～260GPa。

3.根据权利要求1所述的高性能大丝束碳纤维复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为3,4-环氧环己基甲酸-3’,4’-环氧环己基甲酯、4,4’-二氨基二苯基甲烷四缩水甘油基环氧树脂或邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的高性能大丝束碳纤维复合材料，其特征在于，所述固化剂为二氨基二苯砜、二氨基二苯甲烷或二苯基甲烷二胺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的高性能大丝束碳纤维复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂粉末为聚醚砜、聚酰胺或聚丙烯酸甲酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的高性能大丝束碳纤维复合材料，其特征在于，所述促进剂为苄基二甲胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚或2-乙基-4-甲基咪唑中的至少一种。

7.一种高性能大丝束碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，将环氧树脂和热塑性树脂粉末加热至90～130℃混合得到环氧树脂基体；

步骤(2)，将所述环氧树脂基体降温至50～85℃后加入固化剂、促进剂混合得到环氧树脂体系；

步骤(3)，采用热熔涂膜机将所述环氧树脂体系进行涂膜制备环氧树脂胶膜，涂膜温度为75～95℃，胶膜面密度为25～100g/m²；

步骤(4)，将所述环氧树脂胶膜与大丝束碳纤维在加热加压条件下含浸复合制备得到大丝束碳纤维热熔预浸料，预浸料面密度为150～600g/m²；

步骤(5)，将所述大丝束碳纤维热熔预浸料裁剪铺层后，采用真空热压罐固化成型，制备得到大丝束碳纤维复合材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述环氧树脂体系的粘度为80～150Pa·s。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，采用热熔含浸机将环氧树脂胶膜与大丝束碳纤维进行含浸复合，压辊温度为90～100℃，压辊间距280～800μm，含浸速度6～10m/min；制备得到的大丝束碳纤维热熔预浸料中环氧树脂的质量百分比含量在33±2％，预浸料单层厚度可达0.1mm～0.5mm。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述真空热压罐固化成型的固化制度为：先在100～130℃、0.1～0.3MPa下固化1～2h，然后在150～180℃、0.4～0.6MPa下固化2～6h。

11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，制备得到大丝束碳纤维复合材料，拉伸强度介于1800～2500MPa，拉伸强度离散系数≤7％，压缩强度在1300～1400MPa，弯曲强度在1600～1800MPa，层间剪切强度在80～110MPa。