[发明专利]用于增强碳纤维与树脂基体的复合性能的方法

说明书

本发明涉及一种用于增强碳纤维与树脂基体的复合性能的方法，包括：制备PAN电纺纤维膜；将制备所得到的PAN电纺纤维膜放置于MOF材料溶液中浸泡后取出，并进行冲洗后以进行真空干燥处理，得到纳米纤维膜；将纳米纤维膜放置于装有碳酰胺的磁舟中进行碳化处理烘干，以得到碳纳米纤维膜；获取若干张碳纤维布，将碳纳米纤维膜与碳纤维布进行叠层复合处理并得到预复合材料，将其放置于偶联剂溶液内浸泡后并进行干燥处理；将预复合材料采用VARTM工艺以与树脂基体进行复合处理后进行干燥处理，得到复合材料。本发明方法对碳纤维与树脂基体复合界面进行了改性与修饰处理，增强了碳纤维与树脂基体之间的复合效果，达到提高复合材料的各项机械性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种用于增强碳纤维与树脂基体的复合性能的方法。

背景技术

随着近年来航空航天以及现代武器的发展，我们对使用的材料的要求也越来越高。尤其在对材料的比强度，比模量等方面有较高的要求，于是质轻、高强的复合材料在一些高科技和国防等领域所占的比重就越来越高。碳纤维则是最常用的一种增强体，它具有密度低、比强度高、比模量高、耐高温、比重轻、热膨胀系数小、耐各种腐蚀等优异特性，使用碳纤维为环氧树脂基的增强体的复合材料也广泛应用于各个领域当中。但是普通碳纤维表面是杂乱层的石墨结构，呈化学惰性且很光滑，不易与其他的基体形成良好的复合界面，从而会影响最终复合材料性能。因此，如何提高碳纤维与环氧树脂基体的复合性能，从而充分发挥复合材料的性能则成了研究的一个主要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步骤简单、操作方便且用于增强碳纤维与树脂基体的复合性能的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于增强碳纤维与树脂基体的复合性能的方法，所述方法包括：

制备PAN电纺纤维膜；

将制备所得到的所述PAN电纺纤维膜放置于MOF材料溶液中浸泡后取出，并用蒸馏水和乙醇对浸泡后的PAN电纺纤维膜进行冲洗后以进行真空干燥处理，得到纳米纤维膜；

将所述纳米纤维膜放置于装有碳酰胺的磁舟中进行碳化处理，将碳化处理后的纳米纤维膜进行冲洗后并烘干，以得到碳纳米纤维膜；

获取若干张碳纤维布，并将所述碳纳米纤维膜进行裁剪以获得若干张与所述碳纤维布形状大小相同的碳纳米纤维膜，使得每两张碳纳米纤维膜之间放置有一张碳纤维布以进行叠层复合处理并得到预复合材料，将所述预复合材料放置于偶联剂溶液内浸泡后并进行干燥处理；

将干燥后的预复合材料采用VARTM工艺以与树脂基体进行复合处理后并进行干燥处理，得到强复合材料。

进一步地，所述制备PAN电纺纤维膜具体为：

称取定量的聚丙烯腈及醋酸纤维并溶于N-N-二甲基甲酰胺中得到预纺丝溶液，将所述预纺丝溶液放置于溶液瓶内后，将所述溶液瓶放置于水浴锅内进行匀速搅拌，直至所述预纺丝溶液变成淡黄色的透明澄清溶液，得到纺丝溶液；

将所述纺丝溶液倒入至滚筒静电纺丝装置中，设置纺丝条件后进行纺丝以获得平行高取向的PAN电纺纤维膜。

进一步地，所述水浴锅内的温度范围为55～65℃。

进一步地，所述MOF材料溶液的配置过程为：

将N-N-二甲基甲酰胺、无水乙醇及蒸馏水按照1:1:1的比例配置成混合溶液；

称取定量的2,5－二羟基对苯二甲酸及Ni-(NO₃)₂*6H2O溶解于所述混合溶液中，并在高温下的条件下充分反应后得到MOF材料溶液。

进一步地，所述碳化处理的过程具体为：