[发明专利]碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于连续碳纤维增强复合材料的技术领域；具体碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法。

背景技术

连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有优异的性能，且应用领域十分广泛。上世纪80年代英国ICI公司首先通过拉挤熔融浸渍的方法制备出单向碳纤维增强聚醚醚酮预浸料，并相继研制了一系列牌号为APC(aromatic polymer composites的缩写)的预浸料，其中APC-2是目前应用最多的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸料，这种预浸料本身就已经是一种复合材料，具有一定的力学强度，在制备复杂构件时存在着很大的局限性。

近年来伴随着对于连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料需求的不断扩大，一系列新的成型技术不断出现，有效克服了聚醚醚酮浸渍困难的问题。利用包缠纱的方式得到聚醚醚酮纤维与碳纤维混杂纤维束，用这种纤维束再与聚醚醚酮纤维混编，得到织物，最后对织物进行层叠热压。尽管这种方法可以一定程度上提高树脂与纤维的浸渍效果，但是制备包缠纱过程比较复杂，对试验条件要求比较高。因此，对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备进行成型工艺的优化显得十分必要。

发明内容

本发明要解决现有APC-2预浸料应用时制备复杂构件过程中存在的铺层困难的技术问题；而提供了碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法。

本发明碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于碳纤维增强聚醚醚酮复合材料是将碳纤维与聚醚醚酮纤维用二维编织进行混编，再依次经剪切、层叠铺设、热压成型处理制成的；其中，经纱为碳纤维，纬纱为聚醚醚酮纤维，层叠铺设过程中任意相邻的两层的单向碳纤维呈夹角设置。

本发明中碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、采用二维编织法对碳纤维与聚醚醚酮纤维进行混编后剪切，经纱为碳纤维，纬纱为聚醚醚酮纤维，得到混编柔性预混料；

步骤二、将步骤一获得的混编柔性预混料层叠铺设，其中任意相邻的两层的单向碳纤维呈夹角设置；

步骤三、然后热压成型，得到碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。

进一步限定：步骤一所述的二维编织法为平纹编织。

步骤二中层叠铺设至少3层。

步骤二中任意相邻的两层的单向碳纤维呈30°～90°夹角设置。

步骤三中热压成型过程分三段阶梯升温，压力均控制在0.5～1.0Mpa，三个阶段的温度分别为180～200℃，290～320℃以及360～380℃，三阶段保压时间分别为20～30min，30～40min，30～40min。

步骤一所述的碳纤维为碳纤维T300，所述的聚醚醚酮纤维为型号为200D36F的聚醚醚酮纤维，编织用的聚醚醚酮纤维的股数为6股～18股，优选为12股。

本发明碳纤维聚醚醚酮混编柔性预混料的制备也采用的是混杂纤维法，采用碳纤维和聚醚醚酮纤维进行二维编织，得到的混编预混料保留了纤维的柔韧性和垂悬性，铺层更加方便。

碳纤维聚醚醚酮混编柔性预混料的制备方法更加简单且加工过程绿色环保，成型方法简单，可以任意调整铺层角度和层数，而且可以在一定范围内调整聚醚醚酮和碳纤维的比例。

本发明碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，填补了连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备上的空白，为碳纤维增强聚醚醚酮复合材料制备的市场提供了更广阔的思路；

本发明采用编织的方法将树脂纤维与增强纤维制备成柔性预混料，与现有的预浸料相比，具有应用范围广容易加工的优点，在制备复杂构件时更加容易弯折铺层，保证增强纤维的连续性以及构件在材料上的均匀性。

附图说明

图1是不同股数的CF/PEEK织物表面形貌，其中a)、b)——6股，c)、d)——12股，e)、f)——18股；

图2是不同树脂含量的CF/PEEK复合材料的拉伸断面形貌，a)树脂含量51.05％，b)树脂含量57.3％，c)树脂含量62.68％，d)树脂含量62.68％；

图3是热压之后的不同树脂含量的CF/PEEK复合材料的板材形貌；

图4是PEEK纤维为12股时的织物热压前后的超景深图像；

图5是不同树脂含量复合材料的红外光谱，1——树脂含量51.05％，2——树脂含量57.3％，3——树脂含量62.68％；