[发明专利]一种用于无人机承力层的复合纤维及制备方法

说明书

本发明属于新材料领域，提供了一种用于无人机承力层的复合纤维及制备方法，将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠，氢氧化钠搅拌30min，洗涤除去多余的杂质得到磺化的氧化石墨烯，再分散在去离子水中，加入强酸离子酸化使其混合溶液pH约为3，将PBO的纺丝液缓慢滴入混合液中，水浴温度为90℃反应1h，再加入还原剂控制反应条件将其中的氧化石墨烯还原，通过静电纺丝得到复合纤维。此方法有效阻止了石墨烯的重新堆积，使磺化石墨烯在PBO中具有超高分散性，形成连续的增强体，从而使磺化石墨烯/PBO复合纤维具有高强度的特性，可有效避免现有材料中承力层强度低的缺陷。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种用于无人机承力层的复合纤维及制备方法。

背景技术

近些年来无人机日益受到关注。无人机的用材直接影响应用效能，如浮空高度、持续飞行时间、有效载荷、服役寿命等。目前无人机的材质均采用多层复合结构，其结构一般包括承力层、阻隔层、耐候层以及各层之间的粘结层。承力层又可称为增强体或基布层，几乎承受蒙皮材料的全部强力，均由平纹织物构成。因为平纹织物的粘结性和撕裂强度相对较好，目前应用材料的织物主要是一些高强度、高模量的合成纤维，主要有芳香族聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维等。

石墨烯（graphene）由于其独特的二维特性、大的比表面积、优异的导电性、导热性和高的强度在新材料等领域备受青睐，特别是改性材料中添加少量石墨烯，可使得材料的性能有巨大的提升。目前，聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）广泛用于蒙皮的承力层，PBO是20世纪末开发出来的超级纤维，具有低密度、高强度、高模量、耐高温且阻燃的性能。然而如此优异的PBO纤维仍存在一些缺陷，如实际模量与理论模量存在很大差距，其强度还有提升空间，尽可能轻质化以减轻飞艇的重量。

公开（公告）号CN107118378A一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，具体过程为通过传送带传送碳纤维布，传送过程中首先在碳纤维布表面涂布上胶剂，然后传送至烘箱烘干，随后固化卷收。整个过程通过传送带传送可以有效避免因张力及重力引起的碳纤维预浸料的表面平整度差的问题。上胶剂通过设置在传送带上方的喷涂设备涂布在所述碳纤维布上表面。传统将碳纤维布浸渍在上胶剂中的方式，在浸渍过程中碳纤维布与上胶剂中溶剂大面积长时间接触，会导致碳纤维布强度下降，而喷涂方式不仅避免了上述问题，并且可以保证表面胶液均匀分布，也无需后续刮胶及胶液回收，节省了工序和原料投入。氧化铝粉料的粒径为10-30纳米。氧化铝微粉较环氧树脂质轻，并且氧化铝具有阻燃作用，添加适量的氧化铝微粉一方面可以进一步降低碳纤维预浸料的重量，并且可能解决碳纤维预浸料阻燃的问题。并且，采用喷涂方式在碳纤维布表面涂布，可以避免氧化铝微粉在上胶剂中团聚的问题，喷涂工艺的选择使得上胶剂中添加氧化铝微粉 具有了实际应用的可能。通过传送带传送碳纤维布结合喷涂上胶的方式，避免了上胶剂的过量使用和损失，因重力原因导致的未完全固化环氧树脂表面形变的问题，制备获得的碳纤维预浸料表面一致性高，质轻，强度高，特别适合于轻质民用无人机的壳体，具有广阔的市场前景。

上述专利从另一个角度出发（碳纤维预浸料的制备方法），制备得到的碳纤维预浸料表面一致性高，质轻，强度高，但是上述方案是从纤维预浸料的制备方法进行着手，对于纤维本身的组成成分并未提出改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无人机承力层的复合纤维及制备方法，利用十二烷基苯磺酸钠分子上带负电的磺酸基团赋予了氧化石墨烯阴离子特性，再用强酸离子交换树脂酸化，通过离子键作用，将磺化氧化石墨烯与聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）纺丝液均匀分散，再纺丝形成纤维。此方法有效阻止了石墨烯的重新堆积，使石墨烯在PBO中具有超高分散性，形成连续的增强体，从而使石墨烯/PBO复合纤维具有高强度的特性，可有效避免现有材料中承力层强度低的缺陷。

本发明涉及的具体技术方案如下：

一种用于无人机承力层的复合纤维制备方法，该方法步骤如下：