[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

说明书

本发明提供了一种三维结构碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。包括：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。本发明通过自制的碳纤维毡材与无纺布结合制备出三维结构的复合板材具有更强的抗冲击性能，该复合板具有环保性能好、质量轻、刚度强度高、吸音降噪、用途广泛等特点。可广泛应用于汽车行业，建筑行业等领域，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种三维结构碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，人们对环保、节能、节材等需求不断提高，对建筑装饰材料、汽车材料的要求也越来越高，市场竞争激烈。环保、低成本、高性能是该系列材料发展的趋势。现在碳纤维复合板材先制备成预制体而后模压成型，层与层间仅靠树脂粘接，致使层间强度低、抗冲击能力弱，容易发生分层破坏，这些限制了碳纤维增强热塑性树脂复合材料的进一步发展和应用。

现有纤维增强热塑性树脂复合材料多是二维结构，存在层间强度低、抗冲击能力弱，容易发生分层破坏的缺陷。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种三维结构碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法，该复合材料有较好的层间强度、抗冲击能力，不容易发生分层破坏、抗静电性、界面相容性好、增强纤维与树脂基体分布均匀等优势。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明所述三维结构碳纤维增强热塑性复合材料通过包括如下步骤的方法制备得到：

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；

所述碳纤维的长度可为30-80mm，优选为40mm；

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具体可为：尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚丙烯纤维、聚乳酸纤维中的任一种与超高分子量聚乙烯纤维的混合物，两者的质量比可为34-56:4-6;

更具体可为：尼龙纤维与超高分子量聚乙烯纤维的混合物，其中，尼龙66树脂基纤维与超高分子量聚乙烯纤维的质量比为34:6；或聚乳酸树脂与超高分子量聚乙烯纤维的混合物，其中，聚乳酸树脂与超高分子量聚乙烯纤维的质量比为45:5；或聚丙烯树脂基纤维与超高分子量聚乙烯纤维的混合物，其中，聚丙烯树脂基纤维与超高分子量聚乙烯纤维的质量比为56:4。

所述热塑性树脂基纤维的纤度为0.1-0.7dext，优选为0.5dext，长度为30-80mm，优选为50mm；

所述悬浮液中改性剂为KH550，KH560,KH570中的一种或几种的组合；

所述悬浮液中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的组合；

所述悬浮液中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。

其中，乙醇和去离子水以质量比80-95：5-20（具体可为95:5）混合配制混合溶剂；