[发明专利]一种三维结构碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种制备三维结构碳纤维增强热塑性复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将短切碳纤维和热塑性树脂基纤维混合均匀，通过针刺模压得到自制的碳纤维毡材，将所得碳纤维毡材与无纺布结合，得到三维结构碳纤维增强热塑性复合材料，

其中，通过一种悬浮液将所述短切碳纤维和热塑性树脂基纤维混合均匀，所述悬浮液包括改性剂，纳米颗粒和非离子表面活性剂；所述悬浮液中改性剂为KH550，KH560,KH570中的一种或几种；

所述纳米颗粒为碳纳米管、纳米二氧化硅、氧化石墨烯中的一种或几种；

所述非离子表面活性剂为Triton X-100、聚乙二醇、Triton中的一种或多种；

通过将改性剂溶解到乙醇和去离子水配制的混合溶剂中，加入纳米颗粒和非离子表面活性剂，得到悬浮液，将所述短切碳纤维和热塑性树脂基纤维加入所得悬浮液中，通过超声波装置和机械臂搅动混合均匀，即可；

所述碳纤维毡材与无纺布结合的操作为：将无纺布与碳纤维毡材以三维结构铺放，模压，冷却，得到三维结构碳纤维增强热塑性复合材料；

所述无纺布为热塑性树脂基无纺布。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：乙醇和去离子水以质量比80-95：5-20混合配制混合溶剂；

所得悬浮液中，改性剂的质量浓度为1%-5%；

纳米颗粒的质量浓度为0.1%-0.4%；

非离子表面活性剂的质量浓度为0.1%-3%；

悬浮液中总的纤维的质量浓度为0.01wt%-5wt%

短切碳纤维与热塑性树脂基纤维的比例为20%-80%：80%-20%。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纤维为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维、人造丝碳纤维、回收碳纤维中的至少一种；

所述碳纤维的长度为30-80mm；

所述热塑性树脂基纤维为尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚丙烯纤维、聚乳酸纤维、超高分子量聚乙烯纤维的一种或几种；

所述热塑性树脂基纤维的纤度为0.1-0.7dext，长度为30-80mm；

所得碳纤维毡材中，碳纤维的含量为20％-80%。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纤维毡材与无纺布以多层形式结合，具体为三层、四层或五层。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述碳纤维毡材与无纺布以五层形式结合，三维结构铺放的形式为：将无纺布放在下面，碳纤维毡材铺在无纺布上，而后铺一层无纺布再铺一层碳纤维毡材最后再铺一层无纺布，即可。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在模压前，在膜片上铺上脱模布；将模压机预热达到需要温度，而后进行模压，模压时间0.5-10min；加热温度100-400℃。

7.由权利要求1-6中任一项所述方法制备得到的三维结构碳纤维增强热塑性复合材料。

8.根据权利要求7所述的三维结构碳纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述三维结构碳纤维增强热塑性复合材料的厚度为1-10mm。