[发明专利]一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料，其特征在于，包括以下组分：碳纤维纱线、长碳纤维和聚醚醚酮纤维；

选取长碳纤维与聚醚醚酮纤维混合三维针刺法制备的针刺毡预制体，将加捻后的碳纤维纱线在预制体中的反复穿刺缝合，得到规律且重复的“三棱锥沙漏”型碳纤维增强单元，然后经过脱浆、真空热压、脱模后得到基于异色瓢虫前翅的仿生碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料。

2.一种如权利要求1所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备碳纤维纱线：将市售碳纤维丝退卷，进行单股碳纤维丝加捻，得到单股碳纤维纱线；

（2）选取长碳纤维与聚醚醚酮纤维混合三维针刺法制备的针刺毡预制体，将加捻后的碳纤维纱线在预制体中的反复穿刺缝合，得到规律且重复的“三棱锥沙漏”型碳纤维增强单元；

（3）将经过缝制后的预制体进行碳纤维脱浆处理；

（4）将脱浆后的预制体放入模具进行真空热压，脱模后得到基于异色瓢虫前翅的仿生碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料。

3.如权利要求2所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备碳纤维纱线：将6KT700碳纤维丝退卷后，利用竹制纺线锤对单股碳纤维丝进行加捻，得到单股碳纤维纱线；

（2）选取长碳纤维与聚醚醚酮纤维混合三维针刺法制备的针刺毡预制体，将加捻后的单股碳纤维纱线在预制体中的反复穿刺缝合，得到规律且重复的“三棱锥沙漏”型碳纤维增强单元；

（3）将经过缝制后的预制体利用丙酮回流的方式进行碳纤维脱浆处理，在回流后以一定温度和时间进行烘干；

（4）将脱浆并烘干后的预制体放入模具以一定温度和压力进行真空热压，脱模后得到基于异色瓢虫前翅的仿生碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料。

4.如权利要求3所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，将6KT700碳纤维丝退卷1m的长度，将碳纤维丝末端固定在纺线锤顶部的金属勾上，令纺线锤自然悬空，拨动纺线锤，使其以5~10r/s的速度旋转，10s后停转，将加捻好的单股碳纤维纱缠绕至纺线锤下端绕线杆上；

再将碳纤维丝退卷1m的长度，重复上述操作，得到连续单股加捻碳纤维纱线。

5. 如权利要求3所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，将长碳纤维与聚醚醚酮纤维以30/70 wt%比例混合三维针刺制得的复合材料预制体裁制为适合热压模具大小；利用钢制缝针将连续单股加捻碳纤维纱线在预制体中的反复穿刺缝合，得到规律且重复的“三棱锥沙漏”型碳纤维增强单元。

6.如权利要求5所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，利用钢制缝针将连续单股加捻碳纤维纱线在复合材料预制体中的反复穿刺缝合，针距0.5~1.5cm，得到规律且重复的“三棱锥沙漏”型碳纤维增强单元，以此模拟异色瓢虫前翅夹层中分布的上下宽、中间窄的小柱结构；而异色瓢虫前翅夹层中分布的絮状泡沫填充物，则由预制体中杂乱分布的长碳纤维模拟。

7.如权利要求3所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，将缝制完成的复合材料预制体放入开口反应器中，加入适量丙酮，没过预制体上表面即可，60℃水浴加热，回流36~72h；将脱浆后的复合材料预制体沥干丙酮，放入通风橱中自然风干24h，再放入真空干燥箱中80~130℃干燥8~24h，得到碳纤维表面脱浆后的复合材料预制体。

8.如权利要求3所述的一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤（4）中，将碳纤维表面脱浆后的复合材料预制体放入尺寸一致的模具中，放好模具上下压板，将内含预制体的模具放入真空热压机中，开始运行热压程序；

在热压程序中，升温速率为10~20℃/min，保温温度为380~415℃，压力为4~10MPa，保温保压时间为20~40 min，降温速率为15~30℃/min；程序运行结束后，脱模，得到基于异色瓢虫前翅的仿生碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料。