[发明专利]一种增强型碳纤维预浸料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种增强型碳纤维预浸料、制备方法及应用。一种增强型碳纤维预浸料，由树脂、芳纶短纤维薄膜和碳纤维织物组成；所述的芳纶短纤维薄膜由干法或湿法制备，面密度为0.1‑500g/m2，由长度2‑50mm，直径5nm‑50μm的芳纶短切纤维构成；所述的树脂完全浸渍碳纤维织物，同时在碳纤维织物表面形成富脂层，使至少一半芳纶短纤维薄膜没入富脂层中。本发明开发了一种轻质、绝缘、不限制气泡排除、材料利用率高且增韧效果优异的增强性碳纤维预浸料，该预浸料应用于复合材料金属芯体夹芯结构时，在不对结构引入损伤的情况下，仍能表现出优异的界面增韧效果。

技术领域

本发明涉及一种增强型碳纤维预浸料，尤其是能够显著提高金属芯体夹芯结构面芯界面韧性，及合适地获得该预浸料的制备方法。

背景技术

碳纤维夹芯结构以其轻质，比强度高，比模量高，隔热，隔声，耐腐蚀等优点被广泛应用于航空航天，船舶工业，汽车制造，文体休闲器材等众多领域，伴随着碳纤维复合材料的广泛应用，碳纤维预浸料的需求也日益增加。然而碳纤维增强复合材料的推广受到抗冲击性能差、易分层、面芯界面易脱粘等缺点的制约，为提高复合材料界面韧性，提出了多种改进技术。

一种技术是使用CF网片或短切碳纤维对碳纤维预浸料进行增强(参考专利文献CN102294846A和专利文献CN 103987764A)，然而该技术用于增强金属芯体夹芯结构界面韧性时，面芯界面会发生电化学腐蚀，影响结构安全。

一种技术是使用热塑性树脂薄膜(参考非专利文献J.Eng.Mater.Technol 118(3),302-309)提高复合材料界面韧性，然而热塑性树脂薄膜在复合材料成型时会限制气泡的排除及层间树脂再分配。

一种技术是使用热塑性粒子或纤维，导电粒子或纤维增强碳纤维预浸料(参考专利文献CN 102838766A和专利文献CN 103552331A)，该类增强型预浸料在使用时被发现热塑性树脂纤维与热固性树脂基体结合强度低，且粒子增强碳纤维预浸料不适用于增强多孔芯体的夹芯结构，导电粒子或纤维增强碳纤维预浸料不适用于增强碳纤维-金属界面韧性。

还有人提出了一种使用热塑性尼龙无纺布增韧碳纤维-金属层合板的技术(参考专利文献CN 102991009B)，然而该增韧碳纤维-金属层合板在热压固化过程中，热塑性尼龙无纺布会发生熔融或软化，从而造成成型品物性不稳定。

以上所提及的增强型预浸料坯或增韧技术，多用于层合板界面增韧，而不适用与夹芯结构面芯界面增韧。目前常用Z-pin法和缝纫法提高夹芯结构面芯界面韧性，然而这两种方法不适用于金属芯体或内部结构规则的芯体，且会引入蒙皮和芯体损伤，降低芯体的刚度和剪切强度。

为提高层合板界面韧性，且在不引入蒙皮和芯体缺陷的情况下实现夹芯结构界面增韧，方便工业化生产制造，要求开发一种满足绝缘、轻质、不限制气泡排除、材料利用率高并且具有优异的界面增韧性能的碳纤维预浸料及相应的生产工艺。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种具有芳纶短纤维增强的碳纤维预浸料及相应的生产工艺。

一种增强型碳纤维预浸料、制备方法及应用，所述增强型预浸料表面覆盖一层由芳纶短纤维组成的薄膜，这种薄膜在金属芯体的夹芯结构中，能够预防蒙皮与芯体之间发生电化学腐蚀，提高结构的可靠性。

芳纶短纤维薄膜结构质地疏松，通透性能好，在复合材料固化过程中不影响树脂中小气泡的排除，同时对碳纤维层间树脂的重新分配影响较小，能够确保复合材料结构层间树脂分配均匀，提高结构整体性能。