[發明專利]表面復合碳纖維的低密度材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011503663.7
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112549727A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 田哲;張成杰;周彥鵬;李凱;孔晶晶
• 申請（專利權）人: 深圳市方科馬新材料有限公司
• 主分類號: B32B37/06
• 分類號: B32B37/06;B32B37/12;B32B38/16;B32B9/00;B32B9/04;B32B7/12;B32B33/00;D06M15/55;D06M15/564;D06M15/423;D06M15/41;D06M101/40
• 代理公司: 烏魯木齊和美創新專利商標代理事務所(普通合伙) 65112
• 代理人: 楊玉虎

本發明涉及碳纖維復合材料技術領域，是一種表面復合碳纖維的低密度材料及其制備方法，其通過將碳纖維進行浸泡預處理，再將低密度材料與浸泡后的碳纖維在適宜相同溫度下粘接并干燥后得到表面復合碳纖維的低密度材料。本本發明所述表面復合碳纖維的低密度材料，其通過采用適宜的粘接溫度以及所述粘接處理，使低密度材料與碳纖維粘接融合過程中，產生的熱應力減小，使碳纖維更加牢固地粘接在低密度材料表面，由此得到質輕、耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕的復合材料，其可應用于飛機、醫療器械制造等領域，并且采用本發明的制備方法能夠提高碳纖維與低密度材料的粘接牢固度，使碳纖維與低密度材料不易分離。

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料技術領域，是一種表面復合碳纖維的低密度材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。

碳纖維是20世紀50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的，還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。隨著尖端技術對新材料技術性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。20世紀80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現，這在技術上是又一次飛躍，同時也標志著碳纖維的研究和生產已進入一個高級階段。

由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。有一種垂直起落戰斗機，它所用的碳纖維復合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等，都是用先進的碳纖維復合材料制成的。

（世界一級方程錦標賽）賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結構強度。傳統使用的碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。碳纖維增強的復合材料可用作飛機結構材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。

對于低密度材料而言，通過材料表面復合可以增強局部功能，但是在其表面復合是碳纖維材料時，容易出現與碳纖維材料粘接不吻合，位置偏移等問題。這可能是因為粘接融合過程中，這兩種材料粘接面溫度不一致，導致產生熱應力，后期在使用過程中容易脫層分離。

發明內容

本發明提供了一種表面復合碳纖維的低密度材料及其制備方法，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決低密度材料與碳纖維的復合材料后期在使用過程中容易脫層分離的問題。

本發明的技術方案是通過以下措施來實現的：一種表面復合碳纖維的低密度材料的制備方法，包括下述步驟：

步驟1：將低密度材料處理后得到板材；

步驟2：將碳纖維浸入環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂和聚胺酯中的一種或多種進行浸泡，將浸泡后的碳纖維放入模具中并干燥成型；

步驟3：將板材和干燥成型后的碳纖維共同加熱到表面溫度為30℃至32℃時，在板材的粘接面均勻涂抹環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂和聚胺酯中的一種或多種，接著將板材與干燥成型后的碳纖維粘接得到復合材料；

步驟4：將復合材料進行干燥后得到表面復合碳纖維的低密度材料。

優選的，低密度材料的密度為 0.05g/cm³至0.53g/cm³。

優選的，步驟1中，低密度材料按下述方法進行處理：將低密度材料依序經過切割、表面打磨、清洗、水浴超聲和干燥后得到板材。