[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

说明书

本发明提供了一种高性能大丝束碳纤维复合材料及其制备方法，复合材料通过环氧树脂体系和工业级36～60K大丝束碳纤维复合而成，环氧树脂体系按质量份包括：环氧树脂100份、固化剂30～60份、热塑性树脂粉末5～30份和促进剂0.5～2份。将环氧树脂和热塑性树脂粉末在加热条件下混合得到环氧树脂基体；降温后加入固化剂和促进剂得到环氧树脂体系；将环氧树脂体系加热进行涂膜制备树脂胶膜；将树脂胶膜与大丝束碳纤维含浸复合制备大丝束碳纤维热熔预浸料，铺层后固化成型得到大丝束碳纤维复合材料。本发明复合材料具有优良的力学性能及稳定性，可用于制备航天航空飞行器承力部件，也满足高铁、汽车等工业装备领域对轻质高强和低成本碳纤维复合材料的需求。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料技术领域，特别涉及一种高性能大丝束碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维根据一束纤维中单丝根数可分为大、小丝束。一般而言，将24K(每束纤维中含有24000根单丝)规格以下的称为小丝束，而将24K以上规格碳纤维称为大丝束碳纤维。由于工业级大丝束碳纤维具有价格低、来源容易、性能与小丝束碳纤维相当的优点，其复合材料在基础设施、运动器材、汽车工业和风电设备等方面应用广泛。

目前，航空航天领域所用复合材料主要使用1K～12K碳纤维，还未见有24K以上规格的工业级大丝束碳纤维在此领域应用的报道。大丝束碳纤维应用的主要技术问题是在制备预浸料时，因纤维丝束较粗大不宜展开，导致单层厚度增加，不利于设计调整铺层。此外，大丝束碳纤维时有粘连、断丝现象，且存在树脂基体难以完全浸润问题，这样会使强度、刚度受影响，力学性能有所降低，性能离散性也相应增大。因此，工业级大丝束碳纤维能否在航空航天领域应用的关键决定于其预浸料及复合材料的力学性能和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能大丝束碳纤维复合材料及其制备方法，解决大丝束碳纤维因纤维丝束较粗大不宜展开导致单层厚度增加、预浸料性能不均匀，以及大丝束碳纤维难以被树脂基体完全浸润、力学性能降低的问题，使得大丝束碳纤维复合材料具有优良的力学性能及稳定性，满足航天航空领域应用需求。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种高性能大丝束碳纤维复合材料，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。

第二方面，一种高性能大丝束碳纤维复合材料的制备方法，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。

根据本发明提供的一种高性能大丝束碳纤维复合材料及其制备方法，具有以下有益效果：