[发明专利]一种采用多壁碳纳米管增韧复合材料层间的方法

说明书

本发明属于碳纤维/树脂基层合复合材料制造及力学性能领域，涉及一种采用多壁碳纳米管(MWCNTs)增韧复合材料层间的方法。本发明选用较低成本多壁碳纳米管作为复合材料预浸料层间的增韧材料，在预浸料剪裁完成之后，将其定量按比例投入丙酮或乙醇液体并通过超声波进行充分弥散，再通过气压枪均匀喷附在预浸料各层的表面，待丙酮或乙醇挥发完进行预浸料的铺贴，再送入热压罐进行加热加压固化，最后切割为DCB与ENF标准试样进行Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性测试，测试结果表明该材料在喷附面密度为1g/m²时G_IC与G_IIC都有显著提升，提高了复合材料层合结构的层间韧性，弥补了层合复合材料层间性能的不足。

技术领域

本发明属于热固性碳纤维/树脂基复合材料工艺制备领域，特别涉及一种多壁碳纳米管(MWCNTs)—对树脂基连续纤维复合材料层间增韧的制备方法。

背景技术

目前树脂基连续纤维复合材料在航空领域使用较为广泛，具有比刚度和比强度较高、抗疲劳、耐腐蚀的优点，如在波音787结构用量达到50％以上。树脂基连续纤维预浸料复合材料作为飞机表面结构的材料，在受到冲击时容易产生分层，大大降低了所用结构的承载能力，因此树脂基连续纤维预浸料复合材料进行层间增韧，提高其抗分层能力。

直接将纳米材料溶于树脂，再进行与纤维的混合与整体热压固化，工艺相对复杂，需要加入的纳米材料多，会影响复合材料的非层间性能。中国专利(CN107459820A)公开了一种微纳米粒子协同层间增韧双马碳纤维复合材料的制备方法，其包括以下步骤用“多相复合”法获得固液复合的低粘度树脂体系，将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混均匀，再置于三辊研磨机上物理共混，依靠剪切和扩散作用使得微纳米粒子均匀分散，获得增韧双马树脂体系将上述双马树脂体系于涂膜,然后与碳纤维增强体热压预浸复合，以纤维的筛滤作用获得增强体表面和束丝间富集多尺度微纳米粒子的预浸料将预浸料裁剪并铺设于模具中，采用模压成型获得微纳米粒子协同层间增韧的复合材料。该方法获得较好的层间性能，但是工艺仍然较为复杂，同时将纳米材料溶于树脂会改变预浸料层内的刚度和强度；且此申请中只测试了G_IC，对于其他材料没有记载，如G_IIC的检测。

中国专利(CN104945852A)公开了一种微纳米粒子层间增韧技术，首先将微纳米粒子均为无机粒子的混合溶液均匀喷涂在纤维上，然后置于烘箱内干燥处理，待溶剂挥发完全后再与热固性树脂复合，制得微纳米粒子层间增韧的复合材料，该方法虽然显著提高了复合材料的层间断裂韧性工，但成型工艺较为复杂和成本高，需要先在纤维上喷涂，会改变材料本身的界面结合强度，且未使用近些年性能超强的碳纳米管材料。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种采用多壁碳纳米管增韧复合材料层间的方法，采用在预浸料各层间进行喷涂的方法增韧，工艺简单，并采用较低成本、超高力学性能的多壁碳纳米管对预浸料表面进行定量可控喷附不会改变对复合材料本身的属性。

本发明的技术方案是：一种采用多壁碳纳米管增韧复合材料层间的方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：选用多壁碳纳米管作为复合材料层间增韧的材料，所述多壁碳纳米管的内径3-5nm，外径8-15nm，长度范围3-12μm，其纯度为95wt％以上；

步骤二：采用超声波弥散法将所述多壁碳纳米管在乙醇或丙酮中进行震动弥散，在室温下震动时间为10-15分钟；

步骤三：将树脂基连续纤维复合材料预浸料剪裁完成后，使用喷雾设备将弥散有多壁碳纳米管的丙酮或乙醇溶液均匀喷附于所述预浸料各层间的表面，直到所述预浸料各层表面所需弥散有多壁碳纳米管的丙酮或乙醇溶液喷完为止；所述预浸料每层表面的喷附面密度为1g/m²；