[发明专利]一种表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶复丝制备方法

说明书

本发明公开了一种表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶复丝制备方法，利用丝束微振动展开‑超声浸胶缠绕装置对表面沉积碳纳米管的碳纤维丝束进行微振动展丝处理，使其在反复的张紧/松弛和展开/并拢过程中变得更柔软易变形，减少碳纤维间黏连，有利于树脂充分浸渍碳纤维，减少孔隙及富树脂区的产生。在超声浸胶过程中，通过微观超声振动与宏观流动加速树脂与溶剂分子运动，实现充分浸渍从而消除孔隙与富树脂区。对碳纤维丝束施加张力并使其通过挤压模口，使其形成规则的圆形截面形状，并控制碳纤维丝束的树脂含量。本发明制得的复丝试样树脂浸润好、无明显孔隙和富树脂区域，截面形状规则，符合复丝力学性能测试要求，表现出优异的测试效果。

技术领域

本发明涉及树脂基复合材料中碳纤维力学性能表征测试技术领域，尤其涉及一种表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶复丝制备方法。

背景技术

连续纤维增强的树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、质量轻、耐腐蚀性好以及可设计性强等诸多优点，已经在航空航天、船舶、汽车、风电、体育用品等国防和国民经济生活的各个领域得到广泛应用。纤维是树脂基复合材料中承担外载荷的主要部分，准确表征纤维的基本力学性能，是进行复合材料结构设计及后续应用的重要条件与保障。通过浸胶丝束的力学性能来表征碳纤维基本力学性能已经成为复合材料业界公认的有效方法。

近年来，为进一步提高纤维/树脂的界面结合强度，增强复合材料的整体力学性能，对碳纤维进行表面改性特别是在纤维表面沉积碳纳米管已经成为一种行之有效的界面增强方法。碳纳米管具有超高的拉伸强度、模量以及长径比，可以大幅提高纤维的比表面积，从而增强纤维/树脂界面粘结性能。然而，在碳纤维表面沉积碳纳米管的各种方法，如化学气相沉积法、电化学沉积法等，或多或少都会对碳纤维自身结构造成一定损伤，进而影响纤维自身的力学性能。随着研究的深入，研究人员也越来越关心纤维自身力学性能的变化，因此，准确表征表面沉积碳纳米管的碳纤维的力学性能已经成为相关研究的重要内容。而纤维浸胶丝束的力学性能则是表征表面沉积碳纳米管的碳纤维的力学性能的最主要方式。

针对浸胶丝束力学性能的测试方法，业内已经有明确的试验标准。然而，由于碳纤维表面大量沉积碳纳米管，很大程度地改变了碳纤维丝束的工艺性，使得纤维丝束更硬更难变形。同时，丝束内纤维间隙被碳纳米管填充，碳纤维相互黏连造成树脂难浸渍的情况，典型的纤维黏连情况如附图1所示，而碳纳米管的高比表面积与高吸附性又极易造成可浸渍区域的过量浸渍而形成局部富树脂区域。最终使得参照“国家标准GB/T 3362-2017附录A：碳纤维复丝浸渍用树脂胶液配制及手工浸胶方法”制备的浸胶复丝试样出现孔隙率高、孔隙尺寸大、富树脂区严重、丝束整体树脂含量高、截面形状不规则等一系列问题。孔隙、富树脂及截面形状的不规则都会严重影响测试过程中纤维的协同承载，造成测试值的大幅下降。正常浸胶丝束制备方法制备的表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶丝束截面图如附图2所示，该浸胶丝束树脂含量高达60％，严重超出了试验标准要求的“复丝浸胶制成的试样，树脂含量应控制在35％～50％的范围内”，其丝束结构也明显不满足标准要求的“试样应浸胶均匀、光滑、平直、无缺陷”。

由此可见，表面沉积碳纳米管的碳纤维是一种新的纤维类型，业内并没有针对其量身定制的复丝试样制备方法，而其复丝力学性能的表征与测定又迫在眉睫，因此，亟需提出一种适用于表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶复丝的制备方法，使得所制备的试样满足复丝力学性能测试标准所提出的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶复丝制备方法，用以针对表面沉积碳纳米管的碳纤维丝束更硬更难变形、丝束内纤维间隙被碳纳米管填充而难浸渍树脂等情况，解决浸胶复丝试样制备中存在的孔隙大、富树脂严重、结构不规则等一系列问题。

因此，本发明提供了一种表面沉积碳纳米管的碳纤维的浸胶复丝制备方法，包括如下步骤：

S1：将表面沉积有碳纳米管的碳纤维丝束缠绕到收集筒上，放入真空烘箱中进行真空解吸附处理；