[發(fā)明專利]一種借助反復(fù)流動(dòng)誘導(dǎo)碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成型方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910884025.5
• 申請(qǐng)日: 2019-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN110524909A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉愛云;徐井利;秦貞明;魏化震;劉方彪;張建芹;張海云;王丹勇;劉俊聰;邢文芳;陳以蔚;李樹虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號(hào): B29C70/44
• 分類號(hào): B29C70/44;B29C70/54
• 代理公司: 37218 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 李桂存<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種借助反復(fù)流動(dòng)誘導(dǎo)碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的成型方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明借助成型裝置，將配制的碳納米管水分散液沿鋪設(shè)的纖維布厚度方向反復(fù)流動(dòng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，相同數(shù)量的碳納米管分散液，會(huì)有更多的碳納米管以沿纖維布厚度方向取向的狀態(tài)停留在其內(nèi)部，從而明顯提升纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的層間性能。另外，本發(fā)明方法還可以優(yōu)化成型裝置，從而提升反復(fù)流動(dòng)操作的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)縮短試驗(yàn)時(shí)間的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別是一種借助反復(fù)流動(dòng)誘導(dǎo)碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成型方法。

背景技術(shù)

碳納米管由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，用作納米增強(qiáng)材料而被廣泛研究。碳納米管對(duì)纖維復(fù)合材料層間性能增強(qiáng)可分為兩大類：第一，通過增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基體韌性，碳納米管可以顯著提高環(huán)氧樹脂的各項(xiàng)力學(xué)性能。添加碳納米管后，環(huán)氧樹脂表面能降低，對(duì)纖維浸潤(rùn)性提高，增強(qiáng)了兩者間的界面結(jié)合，從而可以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層間韌性；第二，通過把碳納米管接枝在纖維表面來達(dá)到增強(qiáng)目的。

纖維單向或二維織物增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度大、比剛度大、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已在很多領(lǐng)域替代了傳統(tǒng)應(yīng)用的金屬材料，然而，其同時(shí)具有層間強(qiáng)度低和抗分層、抗沖擊能力弱等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用。有的科研人員通過樹脂基體增韌來改善層間性能，將橡膠、熱塑性樹脂等彈性體作為增塑劑加入到樹脂基體中，這種方法的缺點(diǎn)是在增韌的同時(shí)，導(dǎo)致復(fù)合材料模量和耐濕熱性下降，而且樹脂基體韌性的大幅度提高不能有效轉(zhuǎn)移到復(fù)合材料本身；還有的科研人員利用縫合工藝對(duì)預(yù)成形件在層合板厚度方向通過縫合技術(shù)引入高拉伸強(qiáng)度的縫合線，如碳纖維、玻璃纖維等，將各個(gè)鋪層在厚度方向聯(lián)為一個(gè)整體，但這種方法的缺點(diǎn)是，縫合雖然提高了復(fù)合材料厚度方向的性能，但也引起了面內(nèi)纖維的損傷，降低了復(fù)合材料的面內(nèi)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種借助反復(fù)流動(dòng)誘導(dǎo)碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成型方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：借助成型裝置，使碳納米管分散液沿纖維布厚度方向反復(fù)流動(dòng)，在剪切作用力下，碳納米管沿纖維布厚度方向取向，并有盡可能多的碳納米管以取向狀態(tài)停留在纖維布的厚度方向上，最終制備出層間性能優(yōu)越的碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。

本發(fā)明涉及的一種借助反復(fù)流動(dòng)誘導(dǎo)碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的成型方法，其操作步驟如下：

1） 按照要求的規(guī)格及數(shù)量裁剪纖維布，備用；

2） 裁剪兩塊真空膜及至少一塊導(dǎo)流網(wǎng)，真空膜尺寸大于裁剪的導(dǎo)流網(wǎng)和纖維布，其中間開孔，備用；

3） 制備組裝成型裝置，其包括真空泵、多孔容器、多孔板、支架、軟管以及盛放容器；所述多孔容器至少包含兩個(gè)開孔，其一個(gè)開孔借助軟管與真空泵密封連接；所述多孔板為密布通孔的平板，放置于支架上，使其下方留有空間；

4） 取外徑不大于50nm、長(zhǎng)度不大于250μm的碳納米管和水，配制成碳納米管含量為0.1wt%~5wt%的水分散液；取其適量倒入成型裝置的盛放容器中；

5） 沿碳納米管分散液的流動(dòng)方向，將導(dǎo)流網(wǎng)和纖維布按順序疊放在多孔板上方，取一塊真空膜密封密封粘貼在多孔板上表面，并將纖維布和導(dǎo)流網(wǎng)覆蓋于其內(nèi)部；取另一塊真空膜密封粘貼在多孔板下表面；借助軟管，實(shí)現(xiàn)真空膜內(nèi)部與多孔容器的密封連接，以及真空膜內(nèi)部與盛放容器內(nèi)部的連接；

6） 啟動(dòng)真空泵，碳納米管水分散液從盛放容器，經(jīng)軟管進(jìn)入真空膜內(nèi)部，沿厚度方向流過纖維布后，經(jīng)軟管進(jìn)入多孔容器；將多孔容器內(nèi)的碳納米管分散液返回到盛放容器內(nèi)；

7） 重復(fù)步驟6）不少于5次；

8） 依次進(jìn)行除雜質(zhì)、烘干等操作；

9） 借助合適的成型工藝，制備成誘導(dǎo)碳納米管定向增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。