一种树脂基碳纤维复合材料加强层板及其制备方法转让专利
申请号 : CN202011378850.7
文献号 : CN112571888B
文献日 : 2021-08-27
发明人 : 王健 , 李秀东 , 朱伟 , 王皑冬 , 胥亮 , 李泽澳 , 严晓强
申请人 : 燕山大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,其包括:选取厚度为0.01~0.04mm的极薄钢箔,用氢氧化钠溶液、过氧化氢与氨水混合溶液依次恒温洗涤后放入硅烷改性液中浸泡5min,所述硅烷改性液是通过将硅烷偶联剂加入pH值为4~5的乙醇溶液中形成的;
将树脂基碳纤维复合材料与改性处理后的所述钢箔进行交替铺层形成层板,所述层板中的每层所述钢箔均被相邻的所述树脂基碳纤维复合材料完全覆盖,再将所述层板置于热压设备中进行加热固化处理。
2.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,所述加热固化处理过程中,所述热压设备的施加压力为0.65~0.75MPa,所述热压设备的加热程序为:
以1~3℃/min的加热速率从室温加热至80~90℃,保温25~35min;
以相同的加热速率升温至115~125℃,保温55~65min后;
再以相同的加热速率升温至145~155℃,保温55~65min,之后冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,对所述钢箔进行洗涤的步骤包括:
将表面洁净的所述钢箔置于90~110g/L的氢氧化钠溶液中洗涤25~35min后用水清洗并干燥,再将所述钢箔置于氨水混合溶液中洗涤25~35min,所述氨水混合溶液为氨水、过氧化氢与水按照体积比1:1:18~22混合而成,整个洗涤的过程使溶液温度保持在85℃左右。
4.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,所述硅烷改性液中所述乙醇溶液中的乙醇、去离子水以及所述硅烷偶联剂的体积比为90:5:
1。
5.根据权利要求4所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,所述硅烷偶联剂主要成分为γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,所述层板中,所述树脂基碳纤维复合材料的层数至少为8,且基于中性层对称的上下层树脂基碳纤维复合材料的铺层角度一致。
7.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,所述层板中,所述钢箔的层数比所述树脂基碳纤维复合材料的层数少一层,且所述钢箔的铺层面积小于所述树脂基碳纤维复合材料的铺层面积。
8.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,在所述加热固化处理前还包括在所述层板上覆盖用脱模布包裹的铁板进行预压的步骤,防止固化前层板中有钢箔翘曲。
9.根据权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料加强层板的制备方法,其特征在于,所述树脂基碳纤维复合材料为碳纤维/环氧树脂复合材料,所述树脂基碳纤维复合材料的厚度为0.98~1.12mm。
10.一种树脂基碳纤维复合材料加强层板,其特征在于,其通过如权利要求1~9任一项所述的制备方法制备得到。
说明书 :
一种树脂基碳纤维复合材料加强层板及其制备方法
技术领域
背景技术
工等行业应用广泛。碳纤维复合材料具有较高强度的模量和强度,但是这是纤维提供的属
性,而垂直纤维的方向是由基体树脂提供的,相比于纤维的优良属性,树脂的性能是该材料
的一大短处。尽管通过采用不同方向铺层的方式去改善这种情况,但是材料性能的下限还
是取决于树脂的性能。
的结合强度。因此,树脂基复合材料相邻层间的界面问题也是制约该复合材料发展的一大
因素。
发明内容
相邻碳纤维复合材料间的树脂的内部形成较强的相互作用力,从而增大树脂基碳纤维复合
材料垂直方向的作用强度,并提高树脂基碳纤维复合材料相邻层之间的连接性能。
pH值为4~5的乙醇溶液中形成的;
于热压设备中进行加热固化处理。
水、过氧化氢与水按照体积比1:1:18~22混合而成,整个洗涤的过程使溶液温度保持在85
℃左右。
度一致。
铺层面积。
层板。同时,由于该钢箔的厚度仅为0.01~0.04mm,使该加强层板在提高抗拉能力的同时,
依然保持轻量化的特性。
元素能够提升后续对钢箔的表面改性效果。在改性溶液中浸泡能够使钢箔的表面带有低聚
物。在进行加热固化处理过程中,树脂基碳纤维复合材料中的树脂变成流动性较强的熔融
态,其能够渗入到钢箔表面的微孔中,固化结束后树脂变硬从而形成锚栓结构。且在固化过
程中钢箔表面的低聚物中的羧基在N元素的促进作用下与树脂中的羧基反应形成化学键形
成较强的相互作用力,从而提升了该树脂基碳纤维复合材料加强层板的层间性能。
盖,其在固化前能够有效固定钢箔的位置,提高层板的整体性能。实验表明,加入钢箔的加
强层板的拉伸以及层间剪切性能较无钢箔的拉伸以及层间剪切性能均有提升。
化温度80~90℃,并在这个温度下保温。在该温度下树脂处于粘流态,在此温度下保温并且
加压有利于树脂润湿纤维,也能够释放粘流态树脂内部的孔隙以及气泡。在115~125℃固
化温度下树脂发生固化反应而变为高弹态,在此温度下进行保温加压能确保所有的树脂能
够固化完全。进一步升温到后固化温度145~155℃,树脂从高弹态转变为玻璃态,这时候的
树脂失去弹性而变为硬脆状态使强度提升,保温一段时间使全部树脂完全转变,纤维与树
脂完全结合起来。
附图说明
具体实施方式
条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为
可以通过市售购买获得的常规产品。
0.1mm,其根据需求裁剪出不同铺层方向的预浸带。钢箔选用304不锈钢箔,厚度为0.02mm。
以及200mL水配置的溶液中进行二次洗涤30min。整个洗涤的过程中,通过放置在磁力搅拌
器使洗涤的温度为86℃。清水冲洗吹干之后放入到硅烷改性液中进行浸泡5min,得到改性
后的钢箔。其中,硅烷改性液是先按照乙醇与去离子水按照90:5的比例进行配置,之后加入
冰乙酸调节溶液的PH值为4。搅拌之后加入同去离子水相同质量的迈图A187型号的硅烷偶
联剂。
p1/s/p2/s/p3/s/p4/s/p4/s/p3/s/p2/s/p1,其中s代表钢箔,pi代表碳纤维复合材料铺层,
其中i相同的单层复合材料的铺层角度要一致。单层钢箔的铺放位于预浸料的中间,钢箔的
裁剪面积比预浸料带小,使层板制备完成后,预浸料能够全部包裹住钢箔。
工作。并在层板的上层盖一层脱模布包裹的铝板对固化前层板进行预压。之后把整理好的
层板放入到热压罐中。设置热压罐的压力为0.7MPa。设置罐内温度从室温开始以2℃/min的
速率上升至85℃,并在当前温度保温保压30min;之后温度继续按照相同的升温速率使温度
上升到120℃,并且在当前温度下保持60min;然后按照相同的升温速率将复合层板加热至
150℃,并再此温度下固化60min,之后冷却至室温,使复合后的层板完全固化,得到树脂基
碳纤维复合材料加强层板。
0.1mm,其根据需求裁剪出不同铺层方向的预浸带。钢箔选用304不锈钢箔,厚度为0.01mm。
以及180mL水配置的溶液中进行二次洗涤25min。整个洗涤的过程中,通过放置在磁力搅拌
器使洗涤的温度为80℃。清水冲洗吹干之后放入到硅烷改性液中进行浸泡5min,得到改性
后的钢箔。其中,硅烷改性液是先按照乙醇与去离子水按照90:5的比例进行配置,之后加入
冰乙酸调节溶液的PH值为4.5。搅拌之后加入同去离子水相同质量的迈图A187型号的硅烷
偶联剂。
p1/s/p2/s/p3/s/p4/s/p4/s/p3/s/p2/s/p1,其中s代表钢箔,pi代表碳纤维复合材料铺层,
其中i相同的单层复合材料的铺层角度要一致。单层钢箔的铺放位于预浸料的中间,钢箔的
裁剪面积比预浸料带小,使层板制备完成后,预浸料能够全部包裹住钢箔。
工作。并在层板的上层盖一层脱模布包裹的铝板对固化前层板进行预压。之后把整理好的
层板放入到热压罐中。设置热压罐的压力为0.65MPa。设置罐内温度从室温开始以1℃/min
的速率上升至80℃,并在当前温度保温保压35min;之后温度继续按照相同的升温速率使温
度上升到115℃,并且在当前温度下保持65min;然后按照相同的升温速率将复合层板加热
至155℃,并再此温度下固化65min,之后冷却至室温,使复合后的层板完全固化,得到树脂
基碳纤维复合材料加强层板。
0.1mm,其根据需求裁剪出不同铺层方向的预浸带。钢箔选用304不锈钢箔,厚度为0.01mm。
以及200mL水配置的溶液中进行二次洗涤25min。整个洗涤的过程中,通过放置在磁力搅拌
器使洗涤的温度为80℃。清水冲洗吹干之后放入到硅烷改性液中进行浸泡5min,得到改性
后的钢箔。其中,硅烷改性液是先按照乙醇与去离子水按照90:5的比例进行配置,之后加入
冰乙酸调节溶液的PH值为5。搅拌之后加入同去离子水相同质量的迈图A187型号的硅烷偶
联剂。
p1/s/p2/s/p3/s/p4/s/p4/s/p3/s/p2/s/p1,其中s代表钢箔,pi代表碳纤维复合材料铺层,
其中i相同的单层复合材料的铺层角度要一致。单层钢箔的铺放位于预浸料的中间,钢箔的
裁剪面积比预浸料带小,使层板制备完成后,预浸料能够全部包裹住钢箔。
工作。并在层板的上层盖一层脱模布包裹的铝板对固化前层板进行预压。之后把整理好的
层板放入到热压罐中。设置热压罐的压力为0.75MPa。设置罐内温度从室温开始以3℃/min
的速率上升至90℃,并在当前温度保温保压25min;之后温度继续按照相同的升温速率使温
度上升到125℃,并且在当前温度下保持65min;然后按照相同的升温速率将复合层板加热
至155℃,并再此温度下固化55min,之后冷却至室温,使复合后的层板完全固化,得到树脂
基碳纤维复合材料加强层板。
他相关制备步骤中的参数与实施例1一致:
了45.6%。由此说明,通过在树脂基碳纤维复合材料之间添加钢箔能够提升其层间强度性
能,且当层板中的钢箔被树脂基碳纤维复合材料完全包裹时,性能的提升效果更为显著。
一致,其他相关制备步骤中的参数与实施例1一致:
明,通过在树脂基碳纤维复合材料之间添加钢箔能够提升其树脂拉伸强度,但钢箔的包裹
与不包裹对垂直纤维向拉伸强度影响较小。
做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。