[发明专利]双层氧化物改性碳纤维增强复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种双层氧化物改性碳纤维增强复合材料的制备方法。该制备方法利用SiO₂混杂Al₂O₃涂覆上浆剂改性碳纤维丝的表面，使表面涂覆一层氧化物薄膜，最后通过RTM工艺引入环氧树脂基体，将环氧树脂浸润在碳纤维布的表面，然后固化成型，从而制得碳纤维增强环氧树脂基复合材料，使得复合材料的剪切性能提高了16％，抗冲击性能提高了27％。

技术领域

本发明属于复合材料表面改性技术领域，涉及双层氧化物改性碳纤维表面改性复合材料的制备方法。

背景技术

蜂窝铝夹层复合材料是指由铝质面板(蒙皮)与蜂窝芯材所组合而成的层状结构复合材料。目前，因为蜂窝夹层结构作为一种轻型结构材料且具有高比强度、高比模量、抗疲劳性能好且表面平整光滑等优良特点，在民用领域以及航天领域有很大的应用前景。

蜂窝铝夹层复合材料虽然有以上所述的很多优点，但在在以碳纤维为增强体的复合材料制备过程中，仍然存在很多的问题，比如碳纤维的表面与基体材料之间的界面润湿性问题，复合材料与蜂窝铝夹层之间的连接问题等。如何有效的解决夹层与碳纤维板之间在冲击与弯曲过程中的分层问题，成为了蜂窝夹层复合材料应用的关键技术难题。

在现有技术中，蜂窝夹层复合材料的制备多采用碳纤维板与蜂窝夹层之间胶接的方法，但这种方法容易产生冲击或拉伸过程中的分层现象，针对这种分层缺陷，目前还没有产生有效的解决方案。

若采用高温高压控制下结合碳纤维与蜂窝夹层，再引入树脂的方法，则会产生碳纤维与蜂窝铝之间产生脆性Al₄C₃，且碳纤维丝在高温下易被氧化，所以在这种方法下需要进行一定程度的改性，针对碳与铝之间的化合物与碳纤维本身的氧化反应，需要在碳纤维表面改性一层阻止碳纤维与铝反应及铝本身氧化的界面层，这样会较好的改善蜂窝夹层碳纤维增强复合材料的分层问题。

发明内容

鉴于以上分析，本发明的目的在于提供一种双层氧化物改性碳纤维增强复合材料的制备方法。该制备方法利用SiO₂混杂Al₂O₃涂覆上浆剂改性碳纤维丝的表面，使表面涂覆一层氧化物薄膜，然后通过RTM工艺引入环氧树脂基体，制得碳纤维增强环氧树脂基复合材料，使得复合材料的剪切性能提高了16％，抗冲击性能提高了27％。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案如下：

一种双层氧化物改性碳纤维增强复合材料的制备方法，包括：

将硝酸铝粉末溶于蒸馏水中，制成硝酸铝溶液，向硝酸铝溶液中滴加氨水溶液，使硝酸铝溶液成为白色胶体为止，得到一次改性上浆剂，然后将碳纤维材料浸泡与一次改性上浆剂中，超声震荡，再真空干燥，置于氩气炉中高温烧结后降温到常温，得到氧化铝粉末改性后的碳纤维材料；

以正硅酸乙酯为原料制备SiO₂粉末，将八氨丙基多面体低聚倍半硅氧烷与SiO₂粉末溶于蒸馏水中，在一定的水浴温度及转速下搅拌一段时间后停止加热，静置到室温，得到二次改性上浆剂；将一次改性处理后的碳纤维材料浸润在二次改性上浆剂中，常温下超声处理得到二次改性处理后的材料，然后放在鼓风干燥箱中常温干燥得到两种氧化物改性后的碳纤维材料；

将上述两种氧化物改性后的碳纤维材料铺层，利用树脂传递模塑成型工艺设备进行成型，将环氧树脂浸润在碳纤维布的表面，然后固化，制成双层氧化物改性碳纤维增强复合材料。

所述碳纤维材料在浸泡与一次改性上浆剂中前，还包括对所述浸泡与白色胶体中预理的步骤：

将碳纤维材料浸泡在除杂剂中进行表面清洗，然后将清洗后的碳纤维材料进行干燥及高温氧化处理，然后降温至常温。

所述高温氧化温度为300-600℃，高温氧化时间为10-60min。