[发明专利]一种环氧树脂/碳纤维/埃洛石纳米管复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别地，涉及一种环氧树脂/碳纤维/埃洛石纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强环氧树脂复合材料由于高强、高韧、质轻及高热稳定性等优异性能广泛应用于航空、航天和军事等高端领域。在波音787和空客A380客机上，复合材料的重量占到了50％。飞机上使用复合材料除了减轻重量之外，还可以提高声阻尼，降低热传导速率，从而更容易降低噪音，控制客舱内温度、湿度和通风。在我国大力发展航空航天事业的背景下,尤其在飞行器或民用飞机的制造方面,新型高性能碳纤维增强环氧树脂复合材料将扮演不可或缺的重要角色。

众所周知,碳纤维增强复合材料的一个失效原因是由于层间剪切强度低，从而导致复合材料出现大量的层间断裂。因此,如何提高碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度一直是各国碳纤维复合材料研发人员的研究热点和重点。目前，国际上主要采用两种方法提高层压复合材料的抗分层失效能力。第一种，利用一种先进的织造技术制备三维纤维增强结构的复合材料。科学家们采用编织，交错编织以及缝合等方法来构建三维纤维结构，在提高复合材料层间力学性能方面，缝合方法被证明比编织的方法更加有效。因为缝合工艺所产生的三维碳纤维的增强结构大大限制了在拉伸载荷下裂纹扩展的长度，从而大幅度提高复合材料的层间断裂韧性。在1994年CRC-AS,TM94012发布的文章“Improvement of interlaminar properties in advanced fibre composites with through-thickness reinforcement”中，Jain等人报道说，在采用了缝合的方法制备碳纤维复合材料后，发生I型层间分离所需要的能量提高了至少15倍。与此同时，发生I型断裂所需要的能量提高了2.9倍到15倍。许多实验工作和微观力学模型证明了缝合工艺还可以提高碳纤维增强高分子材料的I I型层间断裂韧性。但是，这种缝合工艺很大程度上影响碳纤维增强方向上的各种力学性能，它会导致材料的硬度和强度均有所降低，严重的影响这种高性能材料在飞机制造和其他高端领域方面的应用。除此以外，这种三维缝合的碳纤维结构的复合材料需要依靠先进的编织机器，及高昂的人力成本。因此其造价几乎是普通层压的碳纤维增强高分子材料的5-10倍，对于体积比较大或者结构不规则的产品来说，其成本还会更高。

除了上述的方法，一些研究人员为了使得环氧树脂(EP)韧性得到提高，在复合材料中加入了一些微米级的软性有机物(比如:橡胶或其它热塑性材料)。在Riew,C.K.；Kinloch,A.J.Toughened plastics I:Science and engineering；American Chemical Society,Washington,DC(United States):1993.中，加入软性有机填充物，在冲击过程中，其填充物内部以及与环氧树脂界面产生大量空洞，从而在环氧树脂内部引发大规模的剪切屈服来提高复合材料的冲击强度。但是，加入了软性有机物将不可避免的降低复合材料的硬度、强度和玻璃化转变温度等性能，制造出的材料无法适应航空工业严苛的环境要求。而且，由于交联后的环氧树脂本身的塑性变形能力低，这种增韧方法只能少许提高环氧树脂的抗冲击性能，仍然无法突破这种材料的发展瓶颈。