[发明专利]一种航空级预浸料用碳纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种航空级预浸料用碳纤维的制备方法。本发明的碳纤维采用干喷湿纺工艺制备，通过低损伤深度表面处理方法、耐高温型碳纤维上浆剂，获得了满足航空级预浸料应用要求的碳纤维。制备的碳纤维力学性能优异，其拉伸强度≥5900MPa，拉伸模量≥295GPa，断裂伸长率控制在1.95±0.20％范围内；碳纤维上浆剂含量控制在0.7±0.3％范围内；碳纤维丝束耐磨性好，起毛量≤4mg/30m；该碳纤维的航空级预浸料复合材料拉伸强度≥2800MPa，压缩强度≥1400MPa，冲击后压缩强度≥280MPa。本发明适合碳纤维在航空级预浸料领域的应用，能满足商用飞机等航空领域性能要求，可以用于制造商用飞机主承力结构件等。

技术领域

本发明涉及一种航空级预浸料用碳纤维的制备方法，属于高性能碳纤维制备技术领域。

背景技术

高强中模级碳纤维是航空航天等高端领域主要使用的碳纤维种类。近年来日本T800S碳纤维、美国赫氏IM7碳纤维与第三代增韧树脂匹配的预浸料体系在B787、A350等大型民航客机上进行了大量使用。目前，国外碳纤维第三代技术已趋于成熟，航空级预浸料对碳纤维的强度、模量、工艺性以及复合材料性能都有严格的要求。由于国外高等级碳纤维领域对中国实行禁售禁运政策，导致国产商用飞机等航空航天领域的发展严重受制于人。此外，国产碳纤维在实际应用中也普遍存在与基体环氧树脂匹配性不佳的问题，导致碳纤维复合材料在诸如冲击后压缩强度等性能指标方面尚有一定欠缺。

发明内容

为了满足碳纤维在航空应用领域的预浸料工艺和复材性能要求，本发明提供一种航空级预浸料用碳纤维的制备方法。

实现本发明所述技术方案如下：

一种航空级预浸料用碳纤维的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

a)制备碳纤维原丝，通过聚合原液经喷丝板牵伸纺丝，经过30～50℃水洗、60～80℃水牵、20～30℃上油、150～200℃烘干、0.3～0.6MPa的饱和蒸汽牵伸、120～190℃热辊干燥得到；

b)制备碳纤维，将碳纤维原丝在200～300℃进行预氧化，牵伸倍数为0.95～1.0倍；低温碳化温度为400～800℃，牵伸倍数为0.95～1.05倍；高温碳化温度为1100～1500℃，牵伸倍数为0.95～1.0倍的条件下得到碳纤维。

c)通过低损伤深度表面处理技术，表面处理电量控制在5～30C/g范围内，并采用强弱结合的氧化电解质提高纤维表面活性。

d)采用低环氧当量、耐高温的上浆剂，具有与纤维反应活性强、热分解温度高的特点，上浆剂含量控制在0.7±0.3％范围内。

优选地，碳纤维线密度控制在450±12g/km范围内。

优选地，碳纤维的体密度控制在1.79±0.02g/cm³范围内。

优选地，碳纤维丝束起毛量≤4mg/30m。

优选地，碳纤维上浆剂有效成分在氮气环境中加热，从20℃以10℃/min速率升温，失重率达到5％时的热分解温度≥230℃。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点：

本发明通过低损伤深度表面处理技术，优化了电量分配和电解质类型，提高了纤维表面活性；开发了低环氧当量、耐高温的上浆剂，增强了纤维与树脂的结合能力，改善了复合材料的界面性能。碳纤维预浸料复合材料性能优异，拉伸强度≥2800MPa，压缩强度≥1400MPa，冲击后压缩强度≥280MPa。

附图说明

图1是本发明的环氧上浆剂在氮气环境中的热分解曲线。

具体实施方式