[發(fā)明專利]一種磁場取向碳納米管增強纖維樹脂基復(fù)合材料層間力學(xué)性能的方法

有效

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• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN110561779B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐井利;秦貞明;魏化震;賈華敏;郭建芬;韓軍慧;石磊;張海云;劉方彪;王丹勇;李樹虎;陳以蔚
• 申請（專利權(quán)）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 濟南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

本發(fā)明公開了一種磁場取向碳納米管增強纖維樹脂基復(fù)合材料層間力學(xué)性能的方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明通過對纖維預(yù)浸布中的碳納米管表面敷載磁性納米粒子，以及在熱壓成型過程中施加0.1T~1.6T強度的磁場，使得碳納米管在樹脂固化之前，進(jìn)行沿纖維預(yù)浸料厚度方向的取向，從而提高了纖維樹脂基復(fù)合材料的層間力學(xué)性能；所加磁場為周期性磁場，是為避免長時間加磁及高溫，導(dǎo)致設(shè)備過熱，容易損壞設(shè)備。另外，本發(fā)明方法具有易操作、可實現(xiàn)性好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別是一種磁場取向碳納米管增強纖維樹脂基復(fù)合材料層間性能的制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，用作納米增強材料而被廣泛研究。碳納米管對纖維復(fù)合材料層間性能增強可分為兩大類：第一，通過增強環(huán)氧樹脂基體韌性，碳納米管可以顯著提高環(huán)氧樹脂的各項力學(xué)性能。添加碳納米管后，環(huán)氧樹脂表面能降低，對纖維浸潤性提高，增強了兩者見的界面結(jié)合，從而可以增強纖維復(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)到增強目的。

纖維單向或二維織物增強樹脂基復(fù)合材料具有比強度大、比剛度大、可設(shè)計性強、抗疲勞、耐腐蝕等優(yōu)點，已在很多領(lǐng)域替代了傳統(tǒng)應(yīng)用的金屬材料，然而，其層間強度低和抗分層、抗沖擊能力弱等缺點，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，這種方法的缺點是在增韌的同時，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)引入高拉伸強度的縫合線，如碳纖維、玻璃纖維等，將各個鋪層聯(lián)為一個整體，但這種方法的缺點是，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)問題是提供一種磁場取向碳納米管增強纖維樹脂基復(fù)合材料層間力學(xué)性能的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：表面敷載磁性納米粒子的碳納米管與樹脂混合制備成分散液，將分散液涂覆在纖維表面制備成預(yù)浸料，放置到加熱至規(guī)定溫度且能施加磁場的熱壓機中，通過施加加磁—退磁—加壓加磁—退磁—保溫保壓—升溫保壓—保溫保壓—降溫保壓的成型工藝參數(shù)，制備出所需的取向碳納米管的纖維樹脂基復(fù)合材料。

本發(fā)明涉及的一種磁場取向碳納米管增強纖維樹脂基復(fù)合材料層間力學(xué)性能的方法，其步驟如下：

1)制備表面敷載磁性納米粒子的碳納米管，其中，磁性納米粒子的居里溫度大于所用熱固性樹脂的凝膠溫度，含量為0.5wt％-10wt％；

2)將步驟1)制備的碳納米管分散在熱固性樹脂中，制備成樹脂分散液；

3)將步驟2)制備的樹脂分散液均勻涂覆在纖維表面，烘干至樹脂呈B階態(tài)，制成纖維預(yù)浸布；

4)將纖維預(yù)浸布裁剪成所需規(guī)格，逐層鋪入到涂有脫模劑的熱壓模具內(nèi)；熱壓模具由上限位板、下限位板和中間金屬框構(gòu)成，其中，上、下限位板由導(dǎo)磁材料制成，中間金屬框由隔磁材料制成；

5)加熱帶磁場裝置的熱壓機，待其上、下模板溫度升至所需溫度時，將步驟4)的熱壓模具放置于熱壓機的下模板上表面、磁場范圍內(nèi)，通過施加加磁—退磁—加壓加磁—退磁—保溫保壓—升溫保壓—保溫保壓—降溫保壓的成型工藝參數(shù)，制備出所需的取向碳納米管的纖維樹脂基復(fù)合材料；其中，磁場方向平行于纖維預(yù)浸料的厚度方向，磁場強度為0.1T～1.6T。

本發(fā)明涉及的磁場取向碳納米管增強纖維樹脂基復(fù)合材料層間力學(xué)性能的方法，其特征在于：所述樹脂分散液通過刷涂、噴涂或兩者結(jié)合的方式均勻涂覆在纖維表面。