[发明专利]一种纳米颗粒聚合物复合纳米纤维膜层间增韧碳纤维预浸料的方法

说明书

本发明属于复合材料领域，涉及一种纳米颗粒聚合物复合纳米纤维膜层间增韧碳纤维预浸料的方法。本发明利用纳米颗粒热塑性聚合物复合纳米纤维膜作为层间增强增韧材料，通过静电纺丝直接将复合纳米纤维膜纺丝于预浸料上，形成纳米纤维膜增韧层。该膜具有多孔结构，有利于预浸料中的树脂在加热时的流动。同时增强增韧纳米颗粒能够均匀地分散在复合材料层间，使得复合材料和纳米颗粒有机的结合起来，充分发挥纳米颗粒的增强增韧作用，进一步提高了材料的力学性能。该方法可适用于市售成品预浸料基础上的的层间增韧，避免了对工业化生产的成品预浸料合成制备工艺的改变。

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒聚合物复合纳米纤维膜层间增韧碳纤维预浸料的方法，属于复合材料领域。

背景技术

碳纤维树脂基复合材料由于具有质轻且力学性能优异等突出特点，已被广泛的应用于航空航天领域。然而，层状碳纤维/环氧复合材料抵抗厚度方向载荷的能力仍然较弱，容易发生“分层”，使这种高性能复合材料的应用受到了严重限制。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，长期以来一直是该领域的研究热点。

第一代复合材料基体为单一的热固性树脂，由于内部交联密度高而导致材料脆性较大，树脂基复合材料层合板层间结合力较差，受到冲击载荷后内部容易出现分层损伤。鉴于复合材料损伤容限的要求，研究人员又发展了第二代复合材料，方法为通过将具有优良性能的热塑性树脂混入热固性树脂基体中，在热反应过程中形成颗粒状复相基体复合材料，断裂韧性得到显著提升。然而将热塑性树脂与环氧树脂混合后，树脂的粘度升高，不易加工成型，且基体树脂断裂韧性的提高并不能表现为树脂基复合材料韧性的提高。随着层间增韧技术的进步，复合材料由第一、二代材料发展为第三代层间增韧复合材料。层间增韧的实现方法为将韧性材料以某种形式插入复合材料层间，通过提高层间塑性区域来阻碍层间裂纹的扩展，进而提高复合材料的层间断裂韧性和抗冲击性能。

传统层间增韧方法是将热塑性薄膜铺放在增强织物的层间，其增韧复合材料的CAI得到显著提高。但薄膜结构的层间增韧形会限制在复合材料成型过程中气泡的排除、层与层之间树脂的再分配等。且增韧方法均是将增韧材料作为一个独立的个体，经手工铺放等方法插入到增强材料层间，工艺过程较为繁琐，效率较低，并且增韧材料主要为热塑性树脂成分，可铺覆性能较差，严重影响了复合材料制备过程中的工艺性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种

为实现上述目的，一种纳米颗粒聚合物复合纳米纤维膜层间增韧碳纤维预浸料的方法，包括下列步骤：

(1)制备纳米颗粒热塑性聚合物纺丝溶液，将纳米颗粒和热塑性聚合物溶解于有机溶剂中形成纺丝溶液。

(2)将纳米颗粒聚合物纺丝溶液置入静电纺丝机注射器中，将碳纤维预浸料作为静电纺丝的接收器，以0.2-10.0ml/h的进液速度，在8-30KV电压下，直接将复合纳米纤维纺丝于预浸料上，形成纳米纤维膜增韧层。通过调整静电纺丝的进液速度和预浸料的传送速度，可调整纳米纤维膜增韧层的厚度和均匀性。

(3)将表面负载有增韧层的碳纤维预浸料，经热轧辊热压使增韧层与预浸料构成一个整体，即层间增韧预浸料。

(4)将层间增韧预浸料经过干燥烘箱，使增韧层内的溶剂挥发完全。

(5)将热压、干燥后的层间增韧预浸料经过热压工艺覆上一层聚乙烯薄膜作为保护层，最后收卷制得层间增韧预浸料。

(6)将层间增韧预浸料进行裁剪、铺层，按照预浸料树脂基体的工艺制度固化，制备复合材料板材。

热塑性聚合物，包括聚酯、聚酰胺、聚醚砜、聚砜、聚醚酰亚胺、聚醚酮中的一种或者几种；热塑性聚合物溶解于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、二氯甲烷、三氯乙烷、二甲基亚砜、四氢呋喃一种或几种溶剂中，制成溶液后静电纺丝。