[发明专利]一种缠绕成型碳纳米管增强复合材料成型方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型方法与装置，特别是一种缠绕成型碳纳米管增强复合材料成型方法与装置。

背景技术

复合材料缠绕成型技术已成为复合材料加工的一种重要工艺，缠绕成型可充分发挥复合材料的组分材料本性，并且纤维增强材料铺设方向准确，产品一般不需要机械加工，可避免因加工导致的损伤，因此，应用缠绕法制备的复合材料产品，能保持纤维连续铺设的质量，有利于提高产品的性能。但是，缠绕成型复合材料产品在纤维增强材料之间仅靠树脂基体材料结合，强度较弱，特别是边界处，纤维纱易于脱落，极大地影响了复合材料产品的应用效果。

碳纳米管是20世纪90年代初被Iijima发现的碳家族的新成员，研究表明CNTs具有理论高达200GPa的超高强度和1TPa以上的超高模量，其理论抗拉强度是钢的100倍，密度仅为钢的1/7～1/6。CNTs被认为是当前先进树脂基复合材料最具潜力的增强相材料之一。因此，如果将其应用在复合材料上，其超强的力学性能将可以极大地改善复合材料的强度和韧性，大幅提升复合材料的力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳纳米管增强缠绕成型复合材料的成型方法与装置。

本发明的技术方案是这样的：在缠绕装置胶槽与芯模之间的纤维纱束侧面设置碳纳米管释放装置，纤维纱束浸胶后经过时，该装置朝着浸胶纱束侧面释放碳纳米管，碳纳米管运动一段距离后粘附在浸胶纱束的边界表面处，随后将该浸胶纱束缠绕到芯模上固化成型，从而制成可有效增强其边界、面内及层间力学强度的复合材料产品。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品的成型方法，其特征在于：操作步骤依次包括胶液配制工序、纤维纱束浸胶工序、碳纳米管布设工序、缠绕工序和固化成型工序；其中，碳纳米管布设工序是在浸胶纱束侧面设置碳纳米管释放装置，该装置释放的碳纳米管，在经过一段距离的运动后，粘附到浸胶纱束的边界表面处。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品的成型方法，其特征在于：所述碳纳米管布设工序中设置有电/磁场装置，碳纳米管在运动途中沿电/磁场方向取向。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品的成型方法，其特征在于：所述电/磁场装置的电/磁场方向与浸胶纱束平面夹角为30度-150度。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品的成型方法，其特征在于：所述电/磁场装置的电/磁场方向与浸胶纱束平面垂直。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品成型方法的所用装置，其特征在于：包括缠绕装置和碳纳米管释放装置，所述碳纳米管释放装置放置于缠绕装置的胶槽和芯模之间，浸胶纱束侧面，结构如附图1所示。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品成型方法的所用装置，其特征在于：所述的碳纳米管释放装置对称设置于浸胶纱束的两侧，结构如图3所示。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品成型方法的装置，其特征在于：在所述的浸胶纱束与碳纳米管释放装置之间，靠近浸胶纱束处设置挡板，结构如附图3所示。

       本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品成型方法的装置，其特征在于：在所述挡板下方设置有碳纳米管的回收装置。

借助本发明中所用的装置，碳纳米管基于其长度和刚性，或竖立地粘附在浸胶纱束的边界上，或以上下包夹的侧“U”形结构粘附在浸胶纱束的边界处，从而明显提高复合材料在层间、面内以及边界处的力学性能；另外，本发明涉及的缠绕成型碳纳米管增强复合材料产品成型方法，工艺稳定性好，易于控制，适用于湿法缠绕成型工艺；本发明涉及的成型装置，构造简单，投资少，使用方便。

附图说明

图1给出的是本发明实施例一的示意图；

       图2给出的是本发明实施例二的示意图；

       图3给出的是本发明实施例三的示意图。

       其中，1-浸胶纱束，2-碳纳米管，3-电/磁场装置，4-碳纳米管释放装置，5-挡板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明进一步详述，但不作为对技术方案的限制。

实施例一

       用环向缠绕法制备一个长50cm、内径10cm、外径12cm的产品。

       所用增强材料为352玻璃纤维无捻粗纱。在70度下将其烘24小时。