[发明专利]一种芳纶纤维/碳纳米管复合增强碳纤维树脂预浸料

说明书

本发明涉及一种芳纶纤维/碳纳米管(CNT)复合增强碳纤维树脂预浸料，该产品主要成分为碳纤维、环氧树脂、芳纶纤维以及CNT，首先以丙酮作为有机溶剂，将芳纶纤维和CNT均匀分散在环氧树脂中，再利用预浸料机将添加了芳纶纤维和CNT的环氧树脂与碳纤维结合，通过辊压成型的工艺制备芳纶纤维/CNT复合增强碳纤维树脂预浸料。本申请相对于普通碳纤维预浸料来说，产品层压固化后所形成的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)制品的弯曲强度、模量及层间剪切强度等多项力学性能都得到了提高，因而能够增强CFRP的结构稳定性和抗冲击性能，该产品的发明对改善CFRP材料层间树脂脆性大、易发生分层断裂破坏的缺点有重要意义。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合技术领域，具体的说，是一种芳纶纤维/碳纳米管(CNT)复合增强碳纤维树脂预浸料。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是以热固性或热塑性树脂为基体，碳纤维或碳纤维织物为增强体，经过合适的成型工艺所制备的层状复合材料。其兼并了碳纤维的高强度和树脂的低比重，从而表现出了优异的综合性能。相对于传统的金属材料而言，CFRP材料具有比强度高、比重低、耐疲劳性好、热膨胀系数小、耐腐蚀性能好、可设计性强、成型性好等优点，被广泛应用于航空航天领域，是现代大型民航客机重要的基体材料。例如在波音B787型客机上，CFRP结构质量比达50％以上；在空客A350型客机上，CFRP结构质量比达53％以上。可以说CFRP材料是目前世界上最先进的复合材料之一。

预浸料是由树脂基体在严格的控制条件下，通过浸渍碳纤维增强体制成的树脂基体与增强体组合物，可直接用以制造加工成各种复合材料构件，是制造生产CFRP材料的半成品，构成了CFRP材料的基本单元。

由于CFRP材料是由多层预浸料组合制备而成，其内部结构层间存在着脆性较大的纯环氧树脂连接层，致使CFRP结构表现出层间结合强度较低、易发生分层破坏等缺点，严重影响了整体结构的稳定性和安全性。因此提高CFRP材料的性能关键在于材料结构内部树脂层增韧，提高其抗冲击、抗分层能力。

常见的CFRP层间增强方法包括短纤维增韧以及纳米粒子增韧。短纤维增是指将高强度、高韧性的短纤维均匀分布于CFRP层间树脂层中，当结构受力时，通过短纤维的桥连作用阻碍裂纹的产生与扩展，进而起到增强的作用，该技术关键问题在于难以实现短纤维在层间的均匀分布，容易因短纤维分布不均而产生缺陷和空隙，进而影响CFRP结构性能。纳米粒子增韧是指通过加入刚性的纳米粒子提高环氧树脂的断裂韧性、抗冲击性以及拉伸断裂强度等物理性能，该技术的关键问题在于难以实现纳米粒子在树脂中均匀分散，容易因纳米粒子团聚而对结构性能造成不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种芳纶纤维/CNT复合增强碳纤维树脂预浸料及其制备方法。该产品主要成分为碳纤维、环氧树脂、芳纶纤维、CNT，首先以丙酮作为有机溶剂，将芳纶纤维和CNT均匀分散在环氧树脂中，再利用预浸料机将添加了芳纶纤维和CNT的环氧树脂与碳纤维结合，通过辊压成型的工艺制备芳纶纤维/CNT复合增强碳纤维树脂预浸料。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种芳纶纤维/CNT复合增强碳纤维树脂预浸料，其原料组份的质量比为：

环氧树脂：100份；

碳纳米管：0.25～2份

芳纶纤维：0.25～2份；

碳纤维：67～400份。

碳纤维为单向碳纤维丝或碳纤维编织布；

芳纶纤维为短切纤维或浆粕，芳纶短切纤维长度为1～12mm，芳纶浆粕纤维长度为＜1mm。

CNT为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，单壁碳纳米管直径＜2nm，管长＞5μm；多壁碳纳米管直径＞7nm，管长＞5μm。