[发明专利]一种磁场取向磁微针增强复合材料层间性能的方法与装置

说明书

本发明公开了一种磁场取向磁微针增强复合材料层间性能的方法与装置，包括：步骤S1、按所需配比制备树脂溶液，将制备得到的树脂溶液附着于待处理的基材表面，得到第一基材；步骤S2、将第一基材置于磁铁上方，磁微针在磁场中从第一基材上方自由落下，顺磁力线方向取向落至第一基材表面，并保持直立状态，得到第二基材；步骤S3、将第二基材进行加压处理，使磁微针垂直压入第二基材，得到被植入材料；步骤S4、将被植入材料依次进行预成型和成型处理，得到层间性能增强的磁微针增强复合材料。本发明所制备复合材料具有高层间性能。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料技术领域，特别涉及一种磁场取向磁微针增强复合材料层间性能的方法与装置。

背景技术

纤维增强聚合物基复合材料的层间性能，如层间力学性能、层间导热性能、层间导电性能等，均显著低于面内纤维取向方向。因此，提升复合材料的层间性能对于改善复合材料综合性能具有非常重要的作用。

现有技术大多采用在树脂中添加纳米材料或Z-pin的方法提升复合材料层间性能。所述纳米材料，其直径或厚度在纳米级，长度在亚微米级或微米级。现有磁场取向技术一般在磁性纳米材料加入树脂后进行取向，磁性材料由于受到树脂粘度和相互间摩擦作用影响，取向效率低。直接在树脂中掺杂纳米填料对于层间性能的提升作用较为有限，且制备过程中需要对纳米材料进行改性处理和均匀分散处理，增加了工艺过程和生产成本，难以满足复合材料制品生产线对高性能和低成本制造的迫切要求。Z-pin所用纤维细针受到商业化纤维规格影响，其直径一般大于0.25mm，长度为毫米级。Z-pin一般采用专用的自动控制设备，在垂直于预浸料面内方向打入针状纤维复材“钉子”。Z-pin技术在显著提升复合材料层间力学性能的同时，也导致了复材面内力学性能的降低。因此，增强复合材料层间性能的同时不降低面内性能，对提升复合材料综合性能非常重要。

在复合材料层间性能提升技术方面，目前尚未发现可以高效率、规模化地将微米级Z-pin针植入预浸料或纤维布内，制备高层间性能复合材料的技术方案。

发明内容

本发明提供一种磁场取向磁微针增强复合材料层间性能的方法与装置，以解决现有磁场取向技术中难以高效、规模化将磁微针植入基材制备高层间性能复合材料的技术难题，以及解决现有Z-pin技术导致复合材料面内性能降低的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种磁场取向磁微针增强复合材料层间性能的方法，包括：

步骤S1、按所需配比制备树脂溶液，将制备得到的树脂溶液附着于待处理的基材表面，得到第一基材；

步骤S2、将第一基材置于磁铁上方，磁微针在磁场中从第一基材上方自由落下，顺磁力线方向取向落至第一基材表面，并保持直立状态，得到第二基材；

步骤S3、将第二基材进行加压处理，使磁微针材料垂直压入第二基材，得到被植入材料；

步骤S4、将被植入材料依次进行预成型和成型处理，得到层间性能增强的磁微针增强复合材料。

可选地，步骤S1中通过喷淋、浸没、流延中的至少一种方式，将树脂溶液附着于待处理的基材表面；基材为纤维丝束、纤维布、预浸料中的至少一种，可选用碳纤维丝束、玻璃纤维丝束、芳纶纤维丝束、玄武岩纤维丝束、碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、玄武岩纤维布中、碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料的至少一种。

可选地，步骤S2中磁铁可选用四氧化三铁磁铁、钕铁硼磁铁、电磁铁中的至少一种，优选成本较低的四氧化三铁磁铁，或钕铁硼磁铁。磁场强度优选0.025T-5T。磁场强度越高，磁性细针取向效率越高，而且在外力作用下磁性细针压入被植入材料内部时，越容易保持垂直取向状态。磁铁优选采用多块磁铁紧密拼装而成。