[实用新型]一种碳纤维复合材料

说明书

技术领域

本实用新型涉及碳纤维复合材料技术领域，特别是涉及一种碳纤维复合材料。

背景技术

碳纤维复合材料通常具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳等优点，目前作为结构件或功能件已广泛应用在航空航天、交通运输、化工防腐、建筑工程、风电叶片等各个领域。

目前碳纤维复合材料的成型方法主要为预浸料的热压罐方法，该方法成本高、成型效率低，且制品尺寸严重受到热压罐尺寸制约，在民用领域难以推广应用，这无疑制约了碳纤维复合材料广泛应用。近年来随着低成本的要求，碳纤维复合材料成型也逐渐向一些新的工艺方向探索。传统真空灌注工艺是复合材料特别是玻璃纤维复合材料的主要低成本成型工艺，适于大尺寸复合材料制品的成型，但还不能满足高质量碳纤维复合材料成型。这主要是由于相比玻璃纤维，碳纤维单丝直径更小，真空压实后碳纤维体内空隙远小于玻璃纤维体，所以浸渍困难，耗时，浸渍质量和效果均普遍不佳，很难满足大尺寸、大厚度的碳纤维复合材料成型要求。

为了实现高质量碳纤维复合材料的真空灌注，国内一些机构做了相关研究，主要是针对碳纤维真空灌注工艺或织物结构形式进行改进，但效果及通用性均不太理想。如CN103182784A专利公开了一种方法，通过在碳纤维预制体侧边侧面增加形状一致的贴边且对真空灌注工艺细节进行微调的方法，保证产品铺放定位精度和灌注质量。但如果用该方法成型不同形状产品，需要制作不同形状的贴边，操作繁琐、且浪费，同时增加的贴边也会影响后续碳纤维织物与贴边间的灌注质量。还有CN102582092B专利公开了一种通过在脱模布上表面铺设刚性多孔平板的方法改进传统真空灌注工艺，但如果使用该方法，由于成型的碳纤维制品尺寸和形状不同，需要制作不同尺寸和形状的刚性多孔平板，会造成浪费；且由于多孔平板的引入，在真空灌注时，由于多孔和负压的存在，会使所有孔处织物发生凸起变形，影响后续产品的表面质量。

此外，3TEX等公司尝试从改变织物结构形式方面改进真空灌注的浸润效果，开发碳纤维/玻璃纤维混杂三轴向织物，来代替全碳纤维织物结构。此方法虽然容易灌注，但是织物编织麻烦，成本高，且由于织物结构和纤维比例等约束及影响，压缩强度等复合材料性能也受到不小限制，满足不了一些行业对于高性能碳纤维复合材料制品的需求。

由此可见，上述现有的碳纤维复合材料及其制备方法在使用上显然仍存在有不便与缺陷，需亟待加以进一步改进。因此开发一种适用范围广、通用性强、高性能碳纤维复合材料成为研究热点，该研究可满足其在交通运输、能源等民用领域推广和应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可设计性强、通用性强、性能优异的碳纤维复合材料，克服现有的碳纤维复合材料存在的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种碳纤维复合材料，包括碳纤维织物层和碳纤维预浸料层，所述碳纤维预浸料层以对称形式穿插于若干所述碳纤维织物层中。

作为本实用新型的一种改进，所述碳纤维织物层采用碳纤维平纹织物、碳纤维斜纹织物、碳纤维缎纹织物、碳纤维单轴向织物和碳纤维多轴向织物中的一种或多种。

进一步改进，所述碳纤维预浸料层采用碳纤维平纹织物预浸料、碳纤维斜纹织物预浸料、碳纤维缎纹织物预浸料和碳纤维单向预浸料中的一种或多种。

进一步改进，所述碳纤维预浸料层中预浸料的树脂质量含量占比为30～45％。

进一步改进，所述碳纤维预浸料层与所述碳纤维织物层的铺设方式为：单层间形式交替铺设、多层间形式交替铺设，或者中间为多层所述碳纤维织物层、所述碳纤维预浸料层以对称和多层的形式铺设在所述多层碳纤维织物层的两侧；

进一步改进，所述碳纤维预浸料层中碳纤维预浸料的层数与所述碳纤维织物层中的碳纤维织物的层数比为1:0.1～10。

进一步改进，所述碳纤维预浸料层和碳纤维织物层的铺设角度为0°、+30°、-30°、+45°、-45°、+60°、-60°或90°。

进一步改进，铺设好的所述碳纤维织物层和碳纤维预浸料层通过真空灌注工艺导入灌注树脂体系形成所述碳纤维复合材料。

进一步改进，所述碳纤维复合材料的厚度为2～200mm。

进一步改进，所述碳纤维复合材料的树脂质量含量占比为25～35％。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：