[发明专利]一种用于增强连续纤维树脂基复合板层间性能的插层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于增强连续纤维树脂基复合板层间性能的插层材料及其制备方法。该插层材料主要利用高分子纤维无纺布和针状铁氧化物粒子的协同作用，能有效地提高连续纤维树脂基复合板层间韧性，并借助磁场辅助使针状铁氧化物粒子发生定向排列，从而获得更加高效的增韧效果。具体方法是：首先将磁性针状铁氧化物粒子、助分散剂、偶联剂等不同原料，按一定比例，均匀分散溶解在合适的溶剂中，然后喷涂或浸涂到特定材质的高分子纤维无纺布上，随后在磁场辅助下使磁性针状纳米铁氧化物粒子沿着垂直于高分子纤维无纺布面的方向发生定向排列，经干燥后得到最终产物。该插层材料制备方法具有工艺简单、成本低、安全环保、生产效率高等特点。

技术领域

本发明涉及复合材料的加工技术与应用领域，具体是一种用于增强连续纤维树脂基复合板层间性能的插层材料及其制备方法。

背景技术

以碳纤维为增强体的树脂基碳纤维层压复合板，以高模量、高强度等优点、在航天、航空、高铁、汽车、封装等各个支柱产业，应用越来越广泛。这种材料制作工艺简单，产品的形状可塑性高，极大地解决陶瓷、玻璃等非金属材料易碎冲击性能差、质量较重的缺点，但这种复合板在横向载荷下，裂纹会沿着层状界面萌生和传播，即I型层间断裂。这种裂纹会导致复合板面内的强度和韧性极大地降低，最终会导致整个材料结构的破坏，因此复合板的层间韧性限制了它的一些应用。

为了改善复合板的层间韧性，各种各样的方法被采用，可主要分为三类：（1）改善碳纤维表面或立体结构、（2）树脂基体中加入增韧材料、（3）在树脂基体与碳纤维界面连接处，加入特定的插层材料。例如Xu等人（Xu F, Huang D-d, Du X. Improving thedelamination resistance of carbon fiber/epoxy composites by brushing andabrading of the woven fabrics[J]. Construction and Building Materials, 2018,158: 257-263.）通过原位生长法在碳纤维表面生长短切碳纤维， 实现了对I型层间韧性83%的提升效果。Kim课题组（Kim JW, Lee JS. Influence of Interleaved Films on theMechanical Properties of Carbon Fiber Fabric/Polypropylene ThermoplasticComposites[J]. Materials, 2016,9(5).）使用碳纤维和聚丙烯预浸料制备插层膜这种方法环保使I型层间韧性提高了11.05%。李玉婷等人（李玉婷,马传国,欧气局,等. 棒状纳米铁氧化物增强碳纤维/环氧树脂复合材料的层间性能[J]. 桂林电子科技大学学报, 2017,37(6): 508-512.）将针状纳米粒子分在环氧树脂中，在纳米粒子的添加量为1%的时候，复合材料的I型层间韧性提高了99%，尽管如此，纳米粒子继续增加时会发生团聚现象，限制了增韧效果。倪楠楠等人提出（倪楠楠,温月芳,贺德龙,等. 负载PVDF的尼龙无纺布插层的碳纤维/环氧树脂复合材料的结构阻尼性能研究[J]. 高分子学报, 2015, (9)：1060-1069.）以负载定量聚偏二氟乙烯( PVDF) 的尼龙无纺布为插层材料，使复合材料的 G_IC达到了1700. 0 J/m2，较未使用插层材料的提高了4.6倍，但此时复合材料的强度和模量因引入柔性PVDF组分而受到了不利影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种用于增强连续纤维树脂基复合板层间性能的插层材料及其制备方法，该插层材料以无纺布为载体，通过特定针状磁性纳米粒子，借助磁场调控使针状磁性纳米粒子沿着垂直于无纺布面内方向上发生取向，作为插层材料插入到连续纤维增强的树脂基复合材料中，充分利用高分子无纺布和针状纳米粒子的协同作用，提高复合板层间韧性。该方法获得的插层材料能够克服复合板的层间失效且对强度影响小，具有工艺简单、成本低、安全环保、生产效率高的优点。

实现本发明目的的技术方案是：