[发明专利]一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法

说明书

本发明公开了一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法，属于纳米材料技术领域。本发明通过在相邻碳纤维增强树脂基单向预浸料层间设置碳纳米管取向窄带，提高了碳纤维增强体和树脂的结合能力；并且可以通过调节碳纳米管取向窄带添加量，实现了碳纤维增强树脂基单向复合材料纤维间力学性能的控制。本发明方法可以在柔软的单片碳纤维预浸料上实现，具有操作方法简单，缠绕效率高，制备样品尺寸大以及易复现等优点。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。碳纤维增强树脂基复合材料具有优异的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐疲劳及高的使用温度等性能，是满足当前结构工程部件轻量化、可靠性、多功能等综合发展方向的核心材料，被广泛用于航空航天，体育器材及国防军工工业，引起人们的广泛关注。碳纤维／环氧树脂复合材料单层板在纤维方向有很高的力学性能，而在垂直纤维方向上的性能比较差，材料的纤维间性能取决于树脂基体与界面强度，基体与界面性能的微小扰动即可对材料整体的抗拉强度产生较大的影响，不能最大程度的满足航空、航天领域对材料性能的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：以高强碳纳米管取向窄带作为纳米增强体，设置在相邻碳纤维增强树脂基单向预浸料之间，从而有效提升了碳纤维增强树脂基单向复合材料的纤维间力学性能，实现了本发明目的。

本发明涉及的一种提高碳纤维增强树脂基复合材料纤维间强度的方法，其特征在于，步骤如下：

1）根据复合材料设计要求，确定碳纤维增强树脂基单向预浸料规格尺寸和层数；

2）按步骤1）确定的规格尺寸和层数，裁剪碳纤维增强树脂基单向预浸料；组装用于固定碳纤维增强树脂基单向预浸料的工装；

3）将裁剪的纤维增强树脂基单向预浸料，以单片形式固定到工装上；将碳纳米管取向窄带缠绕到碳纤维增强树脂基单向预浸料表面，缠绕完成后取下，制备成碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，其包括一层碳纳米管取向窄带和一层碳纤维增强树脂基单向预浸料；重复上述操作，按照需要制备剩余的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体；

4）将制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，以叠层铺层方式放置到模具内，放置时，确保任意两层碳纤维增强树脂基单向预浸料之间设置有碳纳米管取向窄带；

5）利用热压成型工艺制备成碳纤维增强树脂基单向复合材料。

优选的，所述制备的碳纤维增强树脂基单向复合材料中，碳纳米管取向窄带的质量占比为5.1%～7.0%。

优选的，在碳纤维/树脂单向预浸料表面缠绕时，所述碳纳米管取向窄带缠绕方向与碳纤维/树脂单向预浸料纤维方向呈30°～90°夹角。

进一步优选的，所述碳纳米管取向窄带缠绕方向与碳纤维/树脂单向预浸料纤维方向呈45°或60°夹角。

优选的，所述两个碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体同时制备。

优选的，将制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体铺设到模具中时，最顶层和最底层都为碳纤维增强树脂基单向预浸料。

优选的，固定到工装上时，所述碳纤维增强树脂基单向预浸料与工装之间设置有离型纸。

优选的，所述碳纳米管取向窄带厚度为３～15μm、宽度为100～500μm。

优选的，所述碳纤维增强树脂基单向预浸料完成碳纳米管取向窄带缠绕后，再对其施加外力，以提高两者的结合力。

进一步优选的，所述制备的碳纳米管取向窄带增强碳纤维/树脂基预制体，在放入摸具中之前，先对其进行裁剪，去掉多余的碳纳米管取向窄带。