[发明专利]一种基于弱浸渍预浸料的碳纳米管层间增强树脂基层合复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于弱浸渍预浸料的碳纳米管层间增强树脂基层合复合材料的制备方法，包括以下步骤：弱浸渍预成型体的制备，确定熔融浸渍工艺区间，真空辅助Z向熔融浸渍，模压固化成型，本发明制备得到的碳纳米管层间增强树脂基层合复合材料，碳纳米管在层间层内分布均匀且质量分数可控。

技术领域

本发明涉及碳纳米管增强树脂基复合材料领域，具体涉及一种基于弱浸渍预浸料的碳纳米管层间增强树脂基层合复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，纤维增强树脂基复合材料凭借其高比强度、高比模量以及材料可设计性强的特点，在陆、海、空、天、等高性能载具以及体育竞技方面的应用开始迅猛增长。随着应用范围的不断扩大，其自身缺点也暴露得越来越明显。目前，复合材料应用范围最为广泛的复合方式主要是层合复合（层合板）。层合板是指由多层单层板按照规定叠合顺序和铺层角度，铺放成叠层形式，通过层间树脂粘合再经过热固化而成的整体结构板。传统的层合复合材料中各铺层之间缺少纤维增强，仅依靠聚合物基体承担传递载荷作用，因而层间性能羸弱，是层合板承载的薄弱环节，也因此限制了层合复合材料的优势性能和减重优势的充分发挥。碳纳米管是近年来发展起来的具有超高比强度、超高比模量的的大长径比一维管状纳米增强材料。将碳纳米管引入复合材料层间后可以有效改善层间基体层的刚度、强度、以及断裂韧性，并且同步改善复合材料沿厚度方向的导热导电性能。

通常来说，碳纳米管一般通过两种方法加入到复合材料中，一是在液相成型工艺下， 通过与液体树脂共混后，通过RTM、或者VIMP等方法将含碳纳米管的液体树脂转移至纤维预成型体中，并加热固化。该方法的显著缺点是，当含碳纳米管的树脂浸渍纤维预成型体时，由于碳纳米管随着树脂流动受到纤维的阻碍，碳纳米管出现在进胶口堆积的现象，严重影响其在最终制备的复合材料中的分布。此外，由于通常液相成型工艺中所用的树脂粘度低，因此前期分散好的碳纳米管容易在其中出现重团聚现象，影响碳纳米管性能发挥。二是通过预浸料制备的方法，将碳纳米管预先混入高粘度的预浸料树脂中，再通过压涂法，将含碳纳米管的树脂均匀的涂抹至纤维上，压平获得含碳纳米管的纤维预浸料。该方法虽然解决了碳纳米管液相成型中，碳纳米管分布及团聚的问题，但是依旧具有明显缺陷。通过该方法制得的预浸料碳纳米管主要分布于层内的纤维间，层间树脂中碳纳米管相对含量较少；碳纳米管与纤维质量分数固定，无法灵活控制；且碳纳米管沿着厚度方向取向度差，无法发挥其沿轴向方向的各类优势性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种碳纳米管在层间层内分布均匀且质量分数可控的基于弱浸渍预浸料的碳纳米管层间增强树脂基层合复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于弱浸渍预浸料的碳纳米管层间增强树脂基层合复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、以含碳纳米管树脂膜为基底，与纤维织物叠合后进行压力处理，得弱浸渍预浸料；

S2、分别取n个步骤S1所得弱浸渍预浸料按预设要求叠合成两个相同的预成型体，记为预成型体I和预成型体II，在预成型体I的第1层与第2层之间、第2/n-1与第2/n层之间，及第n-1层与第n层之间、于树脂膜的一侧面内放置温度传感器并引线至预成型体I外，与多通道测温仪连接，n为大于等于2的正整数；

S3、将旋转流变仪上涂覆树脂，树脂成分与含碳纳米管的树脂膜中的树脂成分相同，设置测试温度输入为外接测温仪输入，将步骤S2所得预成型体I置于温度为60～200℃的加热台面上，当预成型体I中树脂完全固化后，记录旋转流变仪上树脂的粘度-时间曲线以及多通道测温仪的温度-时间曲线，得到预成型体II的粘度-温度-时间曲线，确定熔融浸渍工艺区间，得到真空压力介入时间点，真空保压时长，模压机加压时间点；

S4、将步骤S2所得预成型体II置于模具上，在预成型体II上铺放导流网后，在模具上方铺放真空袋膜并封装，得封装好的模具；