[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

说明书

本发明适用纤维增强复合材料技术领域，提供一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法，所述碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料包括以下组分：碳纤维纱线、长碳纤维和聚醚醚酮纤维；本发明实施例根据异色瓢虫前翅的结构模型，设计了一种与其结构相似的碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料，旨在提高聚醚醚酮基体的力学性能，尤其是Z轴方向的力学性能；解决了如何在复合材料中有效模拟絮状填充物以及小柱结构并使其发挥提高力学性能的效果的问题。

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法。

背景技术

由于碳纤维增强聚醚醚酮复合材料优异的综合性能、可自动化高效率地制备和清洁可回收的性质，自从出现以来，这种材料获得更多的关注，应用也越来越广泛，特别是半结构和工程应用中，是一种有吸引力的金属部件替代品。

多年来，制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料已发展成多种方法。目前应用最广泛的就是短纤注塑成型与单向连续纤维增强的预浸片，前者因纤维长度限制就性能而言增强效果并不是很理想，后者在实际应用的过程中，当应力状态不能确定或应力状态需要各个方向近似，就需要对单向连续增强的复合材料进行单向铺层再设计，且单向连续纤维制成的层合板易发生层间破坏，其优势就大大减弱，工序和成本也相对较高。因此，实现CF/PEEK复合材料在可加工性和更高性能方面具有综合优势是一个重要的研究课题。

近年来，基于鞘翅目昆虫前翅的仿生材料的研究较为火热，其内部独特的小柱结构使其具有了轻量化、高强度等诸多优点。但基于异色瓢虫前翅的仿生材料还鲜有报告，异色瓢虫前翅夹层主要由絮状填充物以及上下宽、中间窄的分散分布的小柱组成，这种结构使其具有了轻量化、高强度等优点，在纤维增强塑料领域具有较高的研究意义。然而，如何在复合材料中有效模拟絮状填充物以及小柱结构并使其发挥提高力学性能的效果，仍然存在挑战。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料，包括以下组分：碳纤维纱线、长碳纤维和聚醚醚酮纤维。

上述一种碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备方法，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按照一定结构缝入预制体中；

(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。

优选地，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按照异色瓢虫前翅夹层结构的改进结构缝入预制体中；

(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。