[發明專利]一種提高纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料層間強度的方法

有效

• 申請號: 202110537557.9
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113334793B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 劉方彪;王丹勇;魏化震;袁文亞;秦貞明;張海云;徐井利;郭建芬;李樹虎;陳以蔚
• 申請（專利權）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29C70/54
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明公開了一種提高纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料層間強度的方法。該方法利用碳納米管膜受法向外力作用變形，碳納米管膜中的碳納米管沿外力方向取向的原理，借助沿復合材料厚度方向的插壓力，使碳納米管膜中碳納米管沿插壓力方向取向，最終樹脂固化后，該碳納米管沿復合材料厚度方向取向并分布，從而將復合材料各層之間聯為一個整體，成為準三維材料，極大提高了纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料的層間強度。另外，本發明還具有操作簡單、易于實現的優點。

技術領域

本發明涉及一種提高復合材料層間強度的方法，特別是提高纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料層間強度的方法。

背景技術

纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料在纖維方向具有比強度大、比剛度大、可設計性強、抗疲勞、耐腐蝕等優點，已在很多領域替代了傳統應用的金屬材料，然而，其層間強度低和抗分層、抗沖擊能力弱等缺點，限制了其進一步的廣泛應用。有的科研人員通過熱固性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熱固性樹脂基體中，這種方法的缺點是在增韌的同時，導致復合材料模量和耐濕熱性下降，而且熱固性樹脂基體韌性的大幅度提高不能有效轉移到復合材料本身；有的科研人員利用縫合工藝對預成形件在層合板厚度方向通過縫合技術引入高拉伸強度的縫合線，如碳纖維、玻璃纖維等，將各個鋪層聯為一個整體，但這種方法的缺點是，縫合雖然提高了復合材料厚度方向的性能，但也引起了面內纖維的損傷，降低了復合材料的面內性能；還有的研究人員通過碳納米管取向方法使碳納米管在復合材料厚度方向定向分布后，利用碳納米管優異的力學性能提升復合材料層間強度，然而，目前現有的碳納米管取向技術都需要將碳納米管均勻分散于復合材料中，但是碳納米管的分散過程必然會造成碳納米管的結構破壞、減小碳納米管長徑比，不能充分發揮碳納米管的性能優勢，降低了復合材料層間強度的增強效率和性價比。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種提高纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料層間強度的方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：借助插壓力，使碳納米管膜在單向復合材料厚度方向取向，形成準三維材料，利用碳納米管優異的力學性能提升復合材料層間強度。

本發明涉及的一種提高纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料層間強度的方法，其操作步驟為：

（1）選擇合適尺寸和厚度的碳納米管膜，將其鋪放于纖維增強熱固性樹脂基單向預浸料表面；

（2）在碳納米管膜表面噴涂硅烷偶聯劑與丙酮的混合溶液，使用壓輥反復碾壓碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂基單向預浸料，并使碳納米管膜與預浸料緊密貼合；去除丙酮溶劑后，制得碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料單位預制體；

（3）根據碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料設計厚度，計算碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料單位預制體所需層數；將所需碳納米管膜/纖維/樹脂單向復合材料單位預制體沿同一方向疊層放置，并在碳納米管膜外側加鋪1層纖維增強熱固性樹脂基單向預浸料，制得碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂基單向復合材料預制體；

（4）借助插壓力施加裝置，將碳納米管膜沿厚度方向插入碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂單向復合材料預制體內部；

（5）撤去插壓力施加裝置，采用熱壓成型工藝制備成結構致密、碳納米管沿厚度方向取向分布的碳納米管膜/纖維/樹脂單向復合材料。

本發明涉及的提高纖維增強樹脂基單向復合材料層間強度的方法，其特征在于：步驟（4）中，借助插壓力施加裝置，將所述碳納米管膜分別在上下兩個方向，依次沿厚度方向插入碳納米管膜/纖維增強熱固性樹脂單向復合材料預制體（2）內部。

本發明涉及的提高纖維增強樹脂基單向復合材料層間強度的方法，其特征在于：所述碳納米管膜厚度3~5μm。