[发明专利]一种基于纳米陶瓷材料的编制纤维复合板材及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料成形加工领域，并公开了一种基于纳米陶瓷材料的编制纤维复合板材及其制备方法。该方法在编制纤维布的两侧喷涂纳米陶瓷粉末，加热一段时间获得预浸料；将预浸料裁剪获得单层复合板材，然后将多个单层复合板材放入模具中加热加压使复合板材完全结合；最后停止加热并卸压，待冷却至室温后开模得到编制纤维复合板材。本发明在低于纳米陶瓷粉末的熔点0℃～200℃的温度下加热获得预浸料，能够保证纳米陶瓷粉末和编制纤维布浸渍充分的同时避免加热时间过长而过热；并通过热压成形技术，加热到高于纳米陶瓷粉末的熔点0℃～100℃或低于纳米陶瓷粉末的熔点0℃～100℃的温度，从而获得兼具陶瓷和纤维性能特点的复合板材。

技术领域

本发明属于复合材料成形加工领域，更具体地，涉及一种基于纳米陶瓷材料的编制纤维复合板材及其制备方法。

背景技术

编织碳纤维增强聚合物基复合材料以聚合物为基体，采用长径比超过1000的碳纤维作为其增强相，由于连续纤维的不间断增强效应，具有超高比强度和比刚度。该新型材料是航空航天、汽车等行业承载件“以塑代钢”，实现轻量化的理想材料，应用前景十分广阔，如波音787飞机采用复合材料的零部件占总机重量的50％。

但是碳纤维增强聚合物基复合材料在高于聚合物Tg温度时，机械性能迅速降低至0.1％；同样无机金属材料在高温环境中，机械强度也会严重降低，例如：不锈钢的变形温度在300℃左右。因此，目前的碳纤维增强聚合物复合材料和无机金属材料无法满足航空航天和国防军事等高温领域的应用。

而陶瓷具有高熔点、高硬度、高耐磨性和耐氧化等优点，以陶瓷为基体、纤维为增强相的复合材料可以结合二者的优良性能。但是陶瓷的熔点很高，在复合过程中需要加热的温度过高，这会破坏纤维增强相的结构，使两者难以成功复合。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种基于纳米陶瓷材料的编制纤维复合板材及其制备方法，其中通过将纳米陶瓷材料均匀喷涂在编制纤维布上，通过加热加压获得复合板材，相应能够有效降低加热温度，因而尤其适用于制备复合板材之类的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于纳米陶瓷材料的编制纤维复合板材的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)在编制纤维布的两侧均匀地喷涂纳米陶瓷粉末，然后加热一段时间后获得预浸料；

(b)将冷却后的预浸料按指定的规格裁剪获得单层复合板材，然后将多个单层复合板材放入模具中加热加压使复合板材完全结合；

(c)最后停止加热并缓慢卸压，待冷却至室温后开模得到所述编制纤维复合板材。

作为进一步优选地，所述步骤(a)中纳米陶瓷粉末的粒径优选为1nm～1000nm。

作为进一步优选地，所述步骤(a)中加热的时间优选为5min～10min。

作为进一步优选地，所述步骤(a)中加热的温度低于纳米陶瓷粉末的熔点0℃～200℃。

作为进一步优选地，所述步骤(b)中放入模具中的单层复合板材优选为5个～10个。

作为进一步优选地，所述步骤(b)中加热的温度高于纳米陶瓷粉末的熔点0℃～100℃或低于纳米陶瓷粉末的熔点0℃～100℃。

作为进一步优选地，所述步骤(b)中施加的压力优选为1MPa～500MPa。

作为进一步优选地，所述步骤(b)中加热加压的时间优选为5min～200min。

按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述方法制备的基于纳米陶瓷材料的编制纤维复合板材。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：