[发明专利]一种多孔纳米纤维膜协同增韧碳纤维环氧复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种多孔纳米纤维膜协同增韧碳纤维环氧复合材料的方法，该方法步骤包括：1、利用静电纺丝机技术制备尼龙66纳米纤维膜；2、将碳纳米管进行酸化处理得到羧基化碳纳米管；3、将羧基化碳纳米管放入去离子水中进行超声处理，使其分散均匀；4、将尼龙66纳米纤维膜放入均匀的羧基化碳纳米管溶液中超声处理得到尼龙66/碳纳米管多孔纳米纤维膜；5、将环氧树脂涂抹在碳纤维布上，同时将尼龙66/碳纳米管多孔纳米纤维膜置于中间层，固化得到碳纤维环氧复合材料层压板。本发明制备的尼龙66/碳纳米管多孔纳米纤维膜，不仅降低了成本，还在保持复合材料原有的形态下，实现了对复合材料的层间增韧，提高了复合材料的层间断裂韧性。

技术领域

本发明属于复合材料的增韧和增强技术领域，具体涉及一种尼龙66(PA66)/碳纳米管(CNTs)多孔纳米纤维膜协同增韧碳纤维环氧复合材料的方法。

背景技术

碳纤维/环氧复合材料由于其质轻及优异的力学性能、热稳定性等已广泛应用于航空航天等领域。然而环氧树脂高度交联的网络结构和层状碳纤维/环氧复合材料抵抗厚度方向载荷的能力较弱使得这种复合材料容易发生“分层”，即层间脱胶或开裂现象，严重限制了这种高性能复合材料在工程领域中的应用。因此，如何有效的抑制复合材料的分层损伤，提高层间断裂韧性是目前研发及应用层压板复合材料所急待解决的关键性问题。

目前，国内外已经有大量的研究工作致力于提高碳纤维/环氧复合材料层间断裂韧性，减少分层损伤。主要的方法有Z向增韧、基体增韧、纤维改性等。但是，这些方法导致复合材料制造成本增大、质量增加或面内性能损失等。

发明内容

本发明针对碳纤维环氧复合材料的增韧要求，目的在于提供一种多孔纳米纤维膜协同增韧碳纤维环氧复合材料，从而解决复合材料分层、脱胶、开裂问题，同时降低成本，防止面内性能损失。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

S1、静电纺PA66纳米纤维膜的制备，制备过程包括：

S11、将PA66粒料溶解在比例为3:2w/w的甲酸和二氯甲烷混合溶液中，搅拌3～6h得到浓度为10～15wt％的PA66溶液；

S12、将S11中所得PA66溶液中的PA66纳米纤维电纺到铝箔收集器上，15～20h后从收集器上收集得到PA66纳米纤维膜；

S2、羧基化CNTs的制备，制备过程包括：

S21、将1～3克CNTs放入100～140ml体积比为3:1的H₂SO₄和HNO₃混酸溶液中，搅拌均匀，在60～90℃恒温水浴中冷凝回流6～9h；

S22、待回流完毕的混合溶液冷却至室温时加入去离子水稀释至中性，在50～80℃下烘干20～28h得到羧基化的CNTs；

S3、羧基化PA66/CNTs多孔纳米纤维膜的制备，制备过程包括：

将S2中制备的羧基化CNTs取0.3～0.6g，溶解在去离子水中超声处理50～70min得到分散均匀的溶液,加入步骤S12中制备的所述PA66纳米纤维膜并超声处理10～20min，将负载羧基化CNTs的PA66纳米纤维膜用去离子水洗涤2～3次，得到羧基化PA66/CNTs多孔纳米纤维膜；

S4、碳纤维环氧复合材料层压板的制备，制备过程包括：

S41、将40～60g双酚A型环氧树脂在50～70℃条件下加热搅拌25～35min,并加入40～50g固化剂均匀混合，在50～70℃真空条件下脱去气泡后，涂抹在16层碳纤维布上；