[发明专利]一种碳纤维增强复合板

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种碳纤维增强复合板。

背景技术

聚苯硫醚（简称PPS）是分子主链中带有苯硫基的结晶性热塑性树脂，是一种综合性能优异的特种工程塑料，具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点，被广泛用作结构性高分子材料，还可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料，在电子电器、航空航天、汽车运输等领域获得广泛应用。由于PPS主链上大量的苯环增加了高分子链的刚性，使其性能脆、冲击韧性不高，因而在应用中受到了一定的限制。

碳纤维具有低密度、高比强度和比模量、耐高温、抗化学腐蚀、高热导、低热膨胀等优良特性，同时具有高的拉伸、抗冲击力学性能。由碳纤维制得产品如碳纤维短纤、碳纤维长丝、碳纤维布广泛运用于塑料制品的增强材料，提高塑料制品的力学性能。

采用碳纤维材料增强聚苯硫醚，可以大大改善PPS的韧性，有效提高PPS塑料的拉伸强度和冲击强度等力学性能。目前碳纤维布增强PPS材料已应用于汽车、航空航天、军工、机械等许多领域。

专利CN103709750A提出了碳纤维增强聚苯醚混合改性聚苯硫醚复合材料，通过在碳纤维和聚苯硫醚中加入聚苯醚和助剂，以此来提高材料的流动性、相容性、粘结性和韧性，得到一种高韧性高强度的碳纤维增强改性聚苯硫醚复合材料。

专利CN104109380A提出了一种聚苯硫醚用增强剂及由其制备的高强度聚苯硫醚，通过在聚苯硫醚中加入碳纳米管- 铜复合粉、碳纤维和分散剂、助溶剂等材料来制备一种碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。

专利CN105348796A提出了一种碳纤维增强聚苯硫醚复合材料，通过用硅烷偶联剂和硝酸铈铵对碳纤维进行改性，并加入可溶性聚四氟乙烯来提高复合材料的韧性和耐热性。

专利CN106217825A提出了一种制备碳纤维织物增强聚苯硫醚热塑性复合材料的方法，通过这种方法制备出的复合材料具有孔隙率极其低的内部微观形态结构，使其具有更高的抗冲击强度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种碳纤维增强复合板，同时提供一种制备碳纤维增强复合板的方法，从而提高复合板的耐热性、抗冲击强度以及耐高温、耐腐蚀特性。

一种碳纤维增强复合板，具有多层结构，自上而下依次为聚对苯硫醚多孔层、粘合层、碳纤维布增强聚对苯硫醚层，其中，所述粘合层为聚对苯硫醚-间苯硫醚共聚物、聚对苯硫醚-亚芳基硫醚共聚物中的一种或两种，所述聚对苯硫醚多孔层具有表面孔和内部孔。

聚对苯硫醚多孔层位于复合板内部，含有很多微孔，既起到降低复合板的表观密度，又可以使粘合层进入微孔中，提高两者的粘合力，增强材料的力学性能。

粘合层位于聚对本硫醚多孔层和碳纤维布增强聚对苯硫醚层，用于粘合聚对苯硫醚多孔层和碳纤维布增强聚对苯硫醚层，提高材料各层间的粘合力，提高复合板的整体性和力学性能。

碳纤维布增强聚对苯硫醚层是复合板的外层，保证材料具有优异的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃和耐冲击、高强度的性能。碳纤维布是指有碳纤维编织而成的二维材料，存在于聚对苯硫醚内部，用于聚对苯硫醚的力学强度，优选的，碳纤维布还经过表面改性，具体如表面氧化改性，并接枝聚碳化二亚胺、多元羧酸、脂肪酸聚酯、环氧化合物等，可以提高碳纤维布和聚对苯硫醚的界面相容性，提高复合板的力学性能。

粘合层熔点低于聚对苯硫醚多孔层和碳纤维布增强聚对苯硫醚层，确保在粘合过程中它们结构不发生变化，保障材料的性能不受影响，并且，同类材料的相容性更好，粘合强度更高。

优选地，所述聚对苯硫醚多孔层的表面孔的平均孔径为1微米~50微米、孔径分布小于1.2。有利于提高其与粘合层的粘合力和材料结构和性能均一性。平均孔径是指多孔材料的数量平均孔径（即数均孔径），孔径分布表征多孔材料中孔径均一性，平均孔径和孔径分布一般同制孔剂的数均粒径和粒径分布相等或接近且无实质性差异。平均孔径小于1微米，进入微孔的粘合层树脂的粘合力不够；平均孔径大于50微米，进入微孔的粘合层树脂的均一性差异性太大，降低材料内部结构的均一性，从而影响材料性能的稳定。孔径分布大于1.2，也同样降低材料内部结构的均一性，影响性能的均一性。优选平均孔径为10~30微米，孔径分布小于1.1。