一种提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，该方法利用纤维在流体中拉直并沿流体流动方向取向的原理，借助外部压力，使直径为纳米或微米尺度的纤维粉体与树脂基体的悬浮液沿平面织物增强树脂基复合材料的厚度方向流动，最终树脂固化后，该大长径比的纳米或微米尺度直径的纤维增强材料沿着平面织物增强树脂基复合材料的厚度方向取向并分布，从而将平面织物各层之间联为一个整体，成为准三维材料，极大提高了织物增强树脂基复合材料的层间强度。另外，本发明专利技术还具有操作简单、易于实现的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高复合材料层间强度的方法，特别是提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法。
技术介绍
纤维单向或二维织物增强树脂基复合材料具有比强度大、比刚度大、可设计性强、抗疲劳、耐腐蚀等优点，已在很多领域替代了传统应用的金属材料，然而，其层间强度低和抗分层、抗冲击能力弱等缺点，限制了其进一步的广泛应用。有的科研人员通过树脂基体增韧来改善层间性能，将橡胶、热塑性树脂等弹性体作为增塑剂加入到树脂基体中，这种方法的缺点是在增韧的同时，导致复合材料模量和耐湿热性下降，而且树脂基体韧性的大幅度提高不能有效转移到复合材料本身；还有的科研人员利用缝合工艺对预成形件在层合板厚度方向通过缝合技术引入高拉伸强度的缝合线，如碳纤维、玻璃纤维等，将各个铺层联为一个整体，但这种方法的缺点是，缝合虽然提高了复合材料厚度方向的性能，但也引起了面内纤维的损伤，降低了复合材料的面内性能。
技术实现思路
１）选择合适的纤维粉体增强材料，将其与树脂基体按比例均匀混合，制成悬浮液；２）将平面织物增强树脂基复合材料固定放置，其下方至少部分悬空；３）在平面织物增强树脂基复合材料悬空部位的上方设置盛放装置，将步骤1）中制备的悬浮液倒入其中；４）借助压力施加装置，使盛放装置中的悬浮液沿平面织物增强树脂基复合材料厚度方向渗透；５）悬浮液从平面织物增强树脂基复合材料下方渗出速度基本恒定后，停止施加压力；６）重复以上操作，直至平面织物增强树脂基复合材料按照要求全部浸润为止；７）固化树脂。本专利技术涉及的提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：所述纤维粉体增强材料，包括碳纳米管及其它纳米尺度直径的纤维、玻璃纤维和碳纤维及其它微米尺度直径的纤维。本专利技术涉及的提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：所述压力施加装置为压力泵，所述盛放装置为上下开口的圆筒，其下方开口与平面织物增强树脂基复合材料的上表面贴合，压力泵的出口管通过上方开口伸入圆筒中，圆筒上端开口密封。本专利技术涉及的提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：所述压力施加装置为真空泵以及真空袋，真空袋位于平面织物增强树脂基复合材料下方，并与其气密性连接，真空泵借助胶管与真空袋气密性连接；所述盛放装置为上下开口的圆筒，其下方开口与平面织物增强树脂基复合材料的上表面贴合。本专利技术涉及的提高织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：所述压力施加装置为真空泵，以及位于平面织物增强树脂基复合材料下方、并与其气密性连接的真空袋，真空泵借助胶管与真空袋气密性连接；所述盛放装置为位于平面织物增强树脂基复合材料上方、并与其气密性连接的真空袋和上下开口的圆筒，圆筒位于平面织物增强树脂基复合材料上方，并间隔一段距离，其下端伸入平面织物增强树脂基复合材料上方的真空袋内，并与其气密性连接。本专利技术涉及的提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：在平面织物增强树脂基复合材料下方设置接收容器，用于回收从平面织物增强树脂基复合材料下方渗出的悬浮液。本专利技术涉及的提高织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，利用纤维在流体中拉直并沿流体流动方向取向的原理，借助外部压力，使纤维粉体增强材料与树脂基体的悬浮液沿平面织物增强树脂基复合材料的厚度方向流动，最终树脂固化后，该大长径比的纤维沿着平面织物增强树脂基复合材料的厚度方向取向并分布，从而极大提高了平面织物增强树脂基复合材料的层间强度。另外，本专利技术还具有操作简单、易于实现的优点。附图说明图1给出的是本专利技术实施例一装置结构示意图；图2给出的是本专利技术实施例二装置结构示意图；图3给出的是本专利技术实施例三装置结构示意图。其中，1-工作台，2-平面织物增强树脂基复合材料，3-夹紧装置，4-圆筒，5-接收容器，6-真空袋。具体实施方式下面借助具体实施例对本专利技术作进一步详述，但不作为对技术方案的限制。实施例一在盛有500gTDE-85环氧树脂、分散剂和固化剂体系的溶液容器中，边搅拌边加入3g直径5~15nm，长30~150μm的单壁碳纳米管，之后将其在室温下超声分散30分钟。工作台1，由矩形平板台面和四条腿组成，其平板台面的中间位置开有长800mm、宽500mm的方形洞。平面织物增强树脂基复合材料2，其由五层玻璃纤维布叠加组成。圆筒4，上下开口，内径100mm。如图1所示，将工作台1放置在合适位置，然后将平面织物增强树脂基复合材料2铺放在其平板台面上，并借助夹紧装置3将其固定，圆筒4放置于工作台1方形洞内的平面织物增强树脂基复合材料2上表面，接收容器5放置于圆筒4及平面织物增强树脂基复合材料2正下方。在圆筒4的侧上方放置盛单壁碳纳米管和环氧树脂溶液的容器，在该容器靠近底壁的侧壁上设置开口，圆管的一端与该开口连接，另一端从顶部伸入圆筒4内，圆管上设置阀门；在工作台1的旁边设置压力泵，压力泵的出口管同样从顶部伸入圆筒4内。将圆筒4顶部密封。打开圆管上的阀门，让超声分散过的单壁碳纳米管与TDE-85环氧树脂的悬浮液流入圆筒4中，然后启动压力泵，向圆筒4内施加0.2GPa的压力，其中的悬浮液在压力作用下渗透进入下方的平面织物增强树脂基复合材料2中。持续施加压力，直至平面织物增强树脂基复合材料2下方渗出的悬浮液速度基本恒定，渗出的悬浮液落入接收容器5中。将圆筒4及其下方的接收容器5移动至平面织物增强树脂基复合材料2的未浸渍部位，重复上述操作步骤，直至整块平面织物增强树脂基复合材料2浸润完成；也可视情况重复浸渍。按照上述方法沿其厚度方向进入并停留在平面织物增强树脂基复合材料2内部的悬浮液，其中的单壁碳纳米管会在外部压力、以及玻璃纤维之间摩擦力的作用下，沿着平面织物增强树脂基复合材料2的厚度或近似于厚度的方向取向，并分布于平面织物增强树脂基复合材料2的整个内部空间内，随着后续工序TDE-85环氧树脂的固化，单壁碳纳米管以取向的状态固定于其间。构成平面织物增强树脂基复合材料2的玻璃纤维布层与层之间，由于存在了大量垂直方向的单壁碳纳米管，从而极大地提高了平面织物增强树脂基复合材料2的层间强度。实施例二在盛有800g酚醛树脂、分散剂和固化剂体系的溶液容器中，边搅拌边加入6g直径5~10μm，长50~200μm的短切玻璃纤维，直至均匀分散。工作台1，由矩形平板台面和四条腿组成，其平板台面的中间位置开有直径100mm的圆形洞。平面织物增强树脂基复合材料2，由十层面密度为200的T700-3K碳纤维布叠加而成。圆筒4，上下开口，内径104mm。如图2所示，放置工作台1，借助夹紧装置3，将平面织物增强树脂基复合材料2固定在其上面。圆筒4放置于平面织物增强树脂基复合材料2上表面，工作台1台面的圆形洞完全置于其内腔下方；下方铺放真空袋6，其中间开孔通过胶管与接收容器5相连、其侧边开孔通过胶管与真空泵相连，将真空袋6分别与平面织物增强树脂基复合材料2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其操作步骤为：1） 选择合适的纤维粉体增强材料，将其与树脂基体按比例均匀混合，制成悬浮液；2） 将平面织物增强树脂基复合材料（2）固定放置，其下方至少部分悬空；3） 在平面织物增强树脂基复合材料（2）悬空部位的上方设置盛放装置，将步骤1）中制备的悬浮液倒入其中；4） 借助压力施加装置，使盛放装置中的悬浮液沿平面织物增强树脂基复合材料（2）厚度方向渗透；5） 悬浮液从平面织物增强树脂基复合材料（2）下方渗出速度基本恒定后，停止施加压力；6） 重复以上操作，直至平面织物增强树脂基复合材料（2）按照要求全部浸润为止；7） 固化树脂。

【技术特征摘要】
2014.12.30 CN 20141083622121.一种提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其操作步骤为：
1） 选择合适的纤维粉体增强材料，将其与树脂基体按比例均匀混合，制成悬浮液；
2） 将平面织物增强树脂基复合材料（2）固定放置，其下方至少部分悬空；
3） 在平面织物增强树脂基复合材料（2）悬空部位的上方设置盛放装置，将步骤1）中制备的悬浮液倒入其中；
4） 借助压力施加装置，使盛放装置中的悬浮液沿平面织物增强树脂基复合材料（2）厚度方向渗透；
5） 悬浮液从平面织物增强树脂基复合材料（2）下方渗出速度基本恒定后，停止施加压力；
6） 重复以上操作，直至平面织物增强树脂基复合材料（2）按照要求全部浸润为止；
7） 固化树脂。
2.根据权利要求1所述的提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：所述纤维粉体增强材料，包括碳纳米管及其它纳米尺度直径的纤维、玻璃纤维和碳纤维及其它微米尺度直径的纤维。
3.根据权利要求1所述的提高平面织物增强树脂基复合材料层间强度的方法，其特征在于：所述压力施加装置为压力泵，所述盛放装置为上下开口的圆筒（4），其下方开口与平面织物增强树脂基复合材料（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏化震，秦贞明，陈以蔚，王丹勇，徐井利，刘方彪，贾华敏，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第五三研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37