[发明专利]碳纳米管增强碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增强碳纤维复合材料及其制备方法，该碳纳米管增强碳纤维复合材料包括碳纳米管基膜和碳纤维基膜，碳纳米管基膜和碳纤维基膜层叠设置；碳纳米管基膜中含有表面接枝有环氧化基团的碳纳米管；碳纤维基膜是由包括碳纤维和环氧树脂的原材料制备形成的膜。该碳纳米管增强碳纤维复合材料将碳纳米管基膜和碳纤维基膜以层叠设置的方式进行复合，在保证了复合材料整体的断裂韧性等力学性能的情况下，还有效提升了复合材料的拉伸性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料技术领域，尤其是涉及一种碳纳米管增强碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料指的是由碳纤维增强体与树脂基体复合构成的材料，其具有力学性能好、质量轻及可设计性强等特点，被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车、风力发电及休闲体育等领域。碳纳米管是一种一维管状纳米材料，由以六边形结构连接的碳原子卷曲形成，具有优异的力学性能、导电性能以及导热性能，因而可以作为碳纤维增强树脂基复合材料的辅助增强材料，优化碳纤维增强树脂基复合材料的断裂韧性。然而碳纳米管的加入同时也会导致复合材料的拉伸强度降低，这限制了该复合材料在许多对耐拉伸性能需求较高的场景中的应用。

发明内容

基于此，本发明的目的之一在于提供一种拉伸强度得到有效提升的碳纳米管增强碳纤维复合材料。

根据本发明的一个实施例，一种碳纳米管增强碳纤维复合材料，其包括碳纳米管基膜和碳纤维基膜，所述碳纳米管基膜和所述碳纤维基膜层叠设置；所述碳纳米管基膜中含有表面接枝有环氧化基团的碳纳米管；所述碳纤维基膜是由包括碳纤维和环氧树脂的原材料制备形成的膜。

在其中一个实施例中，层叠设置的所述碳纳米管基膜和所述碳纤维基膜构成一层功能层，所述功能层中包括至少两层所述碳纳米管纤维基膜和至少一层所述碳纤维碳纳米管基膜。

在其中一个实施例中，在所述功能层中，所述碳纳米管基膜有一层，所述碳纳米管基膜相对的两侧表面上均设置有多层所述碳纤维基膜。

在其中一个实施例中，在所述功能层中，所述碳纳米管基膜和所述碳纤维基膜交替层叠设置，且位于所述功能层表面的基膜是碳纤维基膜。

在其中一个实施例中，所述功能层中包括三层所述碳纳米管基膜和四层所述碳纤维基膜。

在其中一个实施例中，所述功能层有多层，多层所述功能层之间层叠设置。

在其中一个实施例中，在所述接枝有环氧化基团的碳纳米管中，氧原子的原子占比为1％～5％。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管基膜的面密度为0.4g/m²～2g/m²。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管基膜中的碳纳米管具有第一取向，所述碳纤维基膜中的碳纤维具有第二取向，所述第一取向和所述第二取向之间的夹角≤15°。

一种上述任一实施例所述的碳纳米管增强碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

从碳纳米管阵列中拉取碳纳米管并卷绕以制备碳纳米管薄膜，将所述碳纳米管薄膜进行环氧化处理，以制备所述碳纳米管基膜；将所述碳纤维基膜的预浸料和所述碳纳米管基膜按照预设层叠设置方案进行铺贴。

在其中一个实施例中，在铺贴所述碳纤维基膜的预浸料和所述碳纳米管基膜的过程中，还包括如下步骤：刮平铺贴的各所述碳纤维基膜的预浸料，并采用密封抽真空的方式利用负压辅助压实所述预浸料。

在其中一个实施例中，还包括将铺贴完成的所述碳纤维基膜的预浸料和所述碳纳米管基膜真空密封后进行烘烤固化的步骤，所述烘烤固化过程为：先在80℃～100℃下烘烤20min～60min，再在125℃～145℃下烘烤30min～120min。