[发明专利]一种碳纤维复合材料蜂窝、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳纤维复合材料蜂窝、制备方法及应用，本发明中围成蜂窝孔格的孔壁材料为碳纤维复合材料层合组合体，采用单向碳纤维预浸料按预设铺层顺序铺放、压实制成；本发明首先铺贴预浸料并冷压后获得孔壁层合组合体坯件，再利用模具重复铺贴层合组合体坯件至达到待制备蜂窝宽度，最后同时实现层合组合体维形固化和节点胶接固化，从而实现轻质高强度高刚度碳纤维复合材料蜂窝的制备，满足了蜂窝的重量、综合力学性能指标(包括平面拉伸、平面压缩、平面剪切性能、长梁弯曲性能等)要求。

技术领域

本发明属于芯材制造技术领域，特别涉及一种碳纤维复合材料蜂窝、制备方法及应用。

背景技术

碳纤维复合材料蜂窝是一种轻质高性能可匹配设计的新型结构芯材，可满足复合材料夹层结构系统轻质、高强度、高刚度等要求，是高性能轻质复合材料结构先进性的重要体现。

美国研究机构在这类材料上已经具备成熟的制备技术，并实现工程应用；欧洲也有相关研究及应用的报告。美国HEXCEL公司、ULTRACOR公司已具备制造不同碳纤维、树脂体系、不同结构形式匹配设计的碳纤维复合材料蜂窝的技术能力，具有通用齐备的蜂窝规格的碳纤维复合材料蜂窝产品；也可完成满足客户需要的密度、材料体系的碳纤维复合材料蜂窝芯材制造。美国ULTRACOR公司研制出一款碳纤维复合材料蜂窝，密度达到56kg/m³，平面压缩强度为5.97MPa、平面压缩模量为516MPa，L向平面剪切强度为4.0MPa、L向平面剪切模量为356MPa，可满足高比强度、高比模量的复合材料夹层结构设计及使用要求。基于轻质碳纤维复合材料蜂窝设计并制造的全碳夹层复合材料在欧洲科研机构研制的ExoMars火星探测器天线、PLANK探测器反射镜、RICH1反射镜等结构系统上实现应用，但国外相关具体制备方法并未公开。

目前国内处于碳纤维复合材料蜂窝研制探索阶段，无公开报道、无成熟商品化产品。常用铝蜂窝、纸蜂窝、玻璃钢蜂窝芯材存在两方面的不足：一是蜂窝力学性能提高及减重效果有限，二是蜂窝芯与碳纤维面板组合制造出轻质复合材料夹层结构件因异质材料的热胀不匹配，在最苛刻工况下会引发构件内部微裂纹扩展而导致构件结构损伤，所以急需研制一种碳纤维蜂窝的制备方法，使其满足航天等领域轻质高强高模夹层构件的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供了一种碳纤维复合材料蜂窝、制备方法及应用，本发明中围成蜂窝孔格的孔壁材料为碳纤维复合材料层合组合体，采用单向碳纤维预浸料按预设铺层顺序铺放、压实制成；本发明首先铺贴预浸料并冷压后获得孔壁层合组合体坯件，再利用模具重复铺贴层合组合体坯件至达到待制备蜂窝宽度，最后同时实现层合组合体维形固化和节点胶接固化，从而实现轻质高强度高刚度碳纤维复合材料蜂窝的制备，满足了蜂窝的重量、综合力学性能指标(包括平面拉伸、平面压缩、平面剪切性能、长梁弯曲性能等)要求。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳纤维复合材料蜂窝，蜂窝孔格为六边形孔格，孔壁为碳纤维复合材料层合组合体，所述层合组合体由≥2层碳纤维复合材料铺层叠合而成；所述单层碳纤维复合材料厚度为0.02～0.15mm，纤维体积含量为50％～65％。

进一步的，蜂窝的体密度≤100kg/m³，孔格内接圆直径≥Φ4.8mm，孔壁厚度≥0.04mm。

进一步的，碳纤维复合材料中的树脂基体为增韧环氧树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种或一种以上组合，碳纤维为T300，T700，T800，T1000，M40，M46，M55，M65级中的一种或一种以上组合。

进一步的，所述层合组合体由层合组合体坯件固化得到，所述层合组合体坯件的制备方法如下：

(1)将碳纤维丝束分散展开，与树脂膜层复合得到单向碳纤维预浸料；碳纤维预浸料的面密度为20-165g/m²，树脂质量百分比为30％-38％；