[发明专利]一种碳纤维/环氧树脂层合板及其制备方法

说明书

本发明提供一种碳纤维/环氧树脂层合板及其制备方法，包括以下步骤：采用HCl/LiF蚀刻法制备少层状Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;分散液，将PVA溶液与少层状Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;分散液混合后的Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;/PVA混合溶液浸润CF层，然后进行冷冻‑解冻循环得到自互锁的TPA/CF层；将自互锁的TPA/CF层与环氧树脂层状铺设后置于硫化机中热压获得所述碳纤维/环氧树脂层合板。基于自互锁MXene/PVA气凝胶增韧的CF/EP层合板，使气凝胶的三维骨架在不破坏纤维排列和造成缺陷的情况下将层合板缝合为一个整体，在不牺牲其他性能的同时全面且显著的增强层间断裂韧性。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维/环氧树脂层合板及其制备方法。

背景技术

碳纤维(CF)增强聚合物复合材料(CFRPs)因其优异的比强度、弹性模量、抗疲劳和耐腐蚀特性而被广泛应用于航空航天、汽车和体育用品等领域。虽然CFRPs比传统的金属和陶瓷材料重量更轻，并且面内性能更好，但由于环氧树脂基体固有的脆性以及环氧树脂基体与碳纤维的界面相互作用不佳，导致其穿厚性能相对较差，这限制了CFRPs在工程装备中的应用。层间分层是碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料最普遍的失效模式。因此，如何提高CF/EP复合材料的层间断裂韧性和抗分层性能，对开发高性能的CFRP具有重要意义。目前常用的增韧方法有设计3D织物结构、横向缝合、改性CF、增韧树脂基体和引入纤维插入层。

然而，传统增韧方法存在诸多不足。例如，3D织物结构和横向缝合虽然增强了CFRP的穿厚力学性能，但由于碳纤维的错位，导致其平面内力学性能的下降。通过掺入纳米相，可以强化聚合物基体，从而提高CFRP的穿厚力学性能。然而，纳米增强相的掺入会降低聚合物基体的流动性，使CF难以被完全浸润。化学改性CF可以显着提高CF与聚合物基体的界面性能，但会造成CF结构损伤从而导致自身强度降低。纤维插入层在很大程度上避免了上述方法的缺点。然而，插入层并没有与CF形成紧密的互锁效应，这使得界面失效仍然以粘附失效为主。此外，纤维插入层的制备往往需要用到高成本和有毒性的有机溶剂。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，鉴于航空航天、汽车及能源等行业对碳纤维增强环氧树脂复合材料的重大实际需求，以及现阶段关于改善层间断裂韧性方法中存在的问题，设计新型制备工艺，本发明提供一种碳纤维/环氧树脂层合板及其制备方法，基于自互锁MXene/PVA气凝胶增韧的CF/EP层合板，使气凝胶的三维骨架在不破坏纤维排列和造成缺陷的情况下将层合板缝合为一个整体，在不牺牲其他性能的同时全面且显著的增强层间断裂韧性。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：

本发明第一个目的在于提供一种碳纤维/环氧树脂层合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用HCl/LiF蚀刻法制备少层状Ti₃C₂T_x分散液，将PVA溶液与少层状Ti₃C₂T_x分散液混合后的Ti₃C₂T_x/PVA混合溶液浸润CF层，然后进行冷冻-解冻循环得到自互锁的TPA/CF层；将自互锁的TPA/CF层与环氧树脂层状铺设后置于硫化机中热压获得所述碳纤维/环氧树脂层合板。

进一步的，HCl/LiF蚀刻法制备少层状Ti₃C₂T_x分散液的过程为：将Ti₃AlC₂粉末缓慢加入到LiF/HCl溶液中混合、离心洗涤后加入去离子水超声处理得到所述少层Ti₃C₂T_x分散液。