高模量碳纖維板材及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高模量碳纖維板材及其制造方法，其是將包含數層碳纖維布與碳纖維復合積層材料，以環氧樹脂作為積層件的膠合劑，在特種層壓復合設備受熱、受壓，在冷卻與減壓后，可獲得高性能碳纖維復合板材。此復合板材具有良好的機械性能。
【專利說明】高模量碳纖維板材及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高模量碳纖維板材及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 復合材料是應現代科學技術發展而涌現出的具有強大生命力的材料，它是由兩種 或兩種以上異質、異形、異性的材料用物理和化學的方法經人工復合形成的新材料。一般由 基體組元與增強體或功能組元所組成。復合材料可經設計，即通過對原材料的選擇，各組分 分布設計和工藝條件的保證等，使原組分材料優點互補，因而顯現了出色的綜合性。
[0003] 復合材料可按用途不同分為結構復合材料和功能復合材料兩大類，未來將出現結 構復合與功能復合材料并重的局面，而且功能復合材料更具有與其它功能材料競爭的優 勢。
[0004] 本功能復合材料：
[0005] 1、它是利用復合材料的物理、化學或生物學的功能作為主要用途，例如我們用復 合材料的電學性能、磁學性能、光學性能、熱學性能、放射性性能、生物學性能和力學性能， 可以設計和制造或具有多種能能的復合材料。
[0006] 2、它是由基體與功能結構的多相材料。基體主要起粘結作用，在某種情況下也起 功能作用，復合材料的功能性主要由功能體做貢獻，加入不同特性的功能體可以得到特性 各異的功能復合材料。
[0007] 功能復合材料是現金的復合材料的一大類別，人們對功能復合材料并不陌生，具 有劃時代意義的神五到神十飛船返回艙用的防熱、隔熱材料便是一種典型的功能復合材 料，人們所熟悉的隱身飛船上用的吸波材料、車用高性能剎車片用的摩阻復合材料，輕質的 防護水平的防彈背心用的防彈復合材料等，都是新鮮的功能復合材料。
[0008] 2. 1功能復合材料由功能體和基體構成，除了功能體與基體的性對含量和結合情 況對其性能有影響外，功能體本身的性能對復合材料更有直接影響，特別是樹脂復合材料。
[0009] 2. 2提高復合材料的可靠性，必須從構成復合復合材料的組元材料的質量控制開 始。
[0010] 材料-結構、工藝的同步性：
[0011] 1、功能復合材料往往在材料成型的同時產品結構也成型，工藝過程中的每一步都 會影響復合材料的功能性能。
[0012] 2.要提高復合材料的可靠性，控制好復合材料成型工藝質量是至關重要的。
【發明內容】
[0013] 本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種高模量碳纖維板材及其制造方 法。
[0014] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0015] 本發明運用扁平前纖維制得。
[0016] 本發明預氧絲纖維運用催化、氧化法制得。
[0017] 本發明運用間歇式溫控方法獲得高性能預氧絲纖維。
[0018] 本發明用微波輔助加熱以達到纖維石墨化，整個制備方式使碳化溫度高3000°C， 纖維強度3-6. 5GPa，模量可達300-650GPa。
[0019] 本發明運用高模量碳纖維在特別制造設備上制得經緯雙向碳纖維布。
[0020] 本發明用碳纖維與納米環氧樹脂增強復合材料用獨特的展纖，整經工藝在軸向立 體織機上制造織物和立體復合材料，顯著提高了復合材料各向強度。
[0021] 本發明從粘接性提高效果充分的角度考慮，織造具有多個環氧基的稠合多環芳香 族化合物的環氧含量為200-300,從紡織樹脂粘度增大導致作為集束的操作性降低的角度 考慮，織造具有多個環氧基的稠合多環芳香族化合物的分子量為400-600。
[0022] 本發明中為了調整粘度，提高耐摩傷性，溶液添加環氧樹脂828、環氧樹脂834等 分子量小的雙酚型環氧化合物，直鏈狀低分子量環氧化合物、聚乙二醇、聚氨酯、聚酯乳化 齊[J、表面活性劑等。
[0023] 本發明相對碳纖維優選0. 1-2重量％的量進行附著，厚度為20-200埃。
[0024] 環氧樹脂，一般是指至少含有兩個環氧基的高分子化合物，環氧樹脂熱固性樹脂， 它可與固化劑進行交聯反應生成不同性能的固化物，并以各種商品形式(如增強塑料、涂 料、模壓材料、膠接材料、密封劑等）供應市場。環氧樹脂分子結構中具有極的脂肪族羥基、 醚鍵以及極為活波的環氧基，因此對極性材料具有高效的粘接力，并且還具有良好的耐化 學藥品性、電絕緣性及收縮率刁等優點。因此，在合成膠黏劑的基料中，無論是在性能和品 種方面，還是產量和用途方面，環氧樹脂都占有舉足輕重的地位。
[0025] 環氧樹脂的優點：環氧樹脂大分子末端為環氧基，鏈中間有羥基和醚鍵，并在固化 過程中還會繼續產生羥基和醚鍵，結構中含苯環或雜環，這些結構決定T環氧樹脂具有如 下一些優點。四粘結力大，膠黏強脂子能與相鄰界面產生引力。環氧基能與介質衷面的游 離鍵起反應，成化學鍵，所以環氧樹脂的毅合力特別強。環氧樹脂固化后內聚力大。同時 環氧基在一定條件下還能與金屈表面形成化學鍵結合，因衷現出很高的膠黏強度，剪切強 度可達65Pa，剝離強度為5KN/m，它對大部分材料，如木材、金屬、玻璃、塑料、橡膠、皮革、陶 瓷、纖維等都有良好的黏合性能。
[0026] 傳統的金屬板材重量較輕，機械性能和碳纖維復合板材相比，后者優勢更大，隨著 社會的發展，碳纖維板材的應用領域相當廣泛，是工業、航天材料必不可少的優質材料。
[0027] 本發明是聚合物基復合材料，在性能上有獨到之處，其成型工藝與其它材料加工 工藝相比有其特點。
[0028] 在復合材料制品的過程中也就是復合材料的生產過程，復合材料制備中基體樹脂 的界面粘接是影響力學性能發生的重要因素。
[0029] 本發明運用熱固性復合材料成型方法。
[0030] 本發明科學地制定了工藝規范，合理確定溫度、壓力、保溫時間等工藝參數，使固 化后的制品具有良好的性能。
[0031] 本發明運用樹脂、傳遞、模壓法制成。
[0032] 碳纖維軸向立體織物和碳纖維雙向織物用環氧樹脂做粘合劑，鋪放倒密閉模腔 內，用加溫、加壓將樹脂液注入模腔，改造織物，然后固化脫模制品。
[0033] 本發明制造尺寸精確，可制成各種中小型容器以及各種儀器，儀表的表盤、外殼 等，還可制作小型船外殼零部件。
[0034] 本發明使用工藝操作簡單，制品孔隙率低，重現性好。
[0035] 本發明可以制造兩面光潔的制品，成型效率高。
[0036] 本發明工藝，整個工裝系統密閉，不污染環境，減少了操作者與有害物質的接觸， 改善了工作條件。
[0037] 本發明工藝大大降低了成型壓力（只需0.6-0. 7MPa)，節省了高壓裝置，故而設備 投資少，屬于低成本的高性能復合材料成型技術。
[0038] 本發明工藝中增強材料可根據產品受力情況鋪成。
[0039] 本發明工藝中，溫度區可根據產品需求調節。
[0040] 本發明尤其適合小批量、多品種航空、軍事、汽車構件、覆蓋件的生產。
[0041] 本發明具有如下有益效果：本發明是阻燃、防輻射、防彈的良好材料。
[0042] 本發明的材料用途：
【權利要求】
1.高模量碳纖維板材，其特征在于， 用微波輔助加熱以達到纖維石墨化，整個制備方式使碳化溫度高300(TC，纖維強度 3-6. 5GPa，模量可達 300-650GPa ; 將高模量碳纖維在織造設備上制得經緯雙向碳纖維布； 將雙向碳纖維布用碳纖維與納米環氧樹脂增強復合材料用展纖、整經工藝在軸向立體 織機上制造織物和立體復合材料。
【文檔編號】D06C7/04GK104339663SQ201310340595
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月6日 優先權日:2013年8月6日
【發明者】楊軍 申請人:楊軍