CN108284619B - 一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；以至少一个编织体沿增强体厚度方向与多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。本发明采用纳米碳材料条带等作为编织体对增强体进行厚度方向的编织，在增强体之间不会因为加入条带而造成空隙，从而在复合材料中不会因此有大的应力集中点，以提高复合材料的层间增韧性能。

Description

一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种纤维增强复合材料，特别是一种纤维增强树脂基层间增韧复合材料、其制备方法及应用，属于复合材料科学技术领域。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料存在层间韧性、抗冲击损伤能力不足的缺点，其层间性能远低于层内性能，在冲击载荷下层间区域很容易产生应力集中，层间增韧技术是提高复合材料韧性、抗冲击能力和抗分层能力的有效途径。现有的一种方法是呈直线排列的增强纤维束按照指定的方向平行顺直排列，利用纱线如涤纶、锦纶或者芳纶用纺织工艺技术将其绑缚在一起形成织物，通过真空辅助工艺浸入树脂，固化成型为纤维增强树脂基复合材料。

然而，该方法在生产过程中高性能纤维束作为衬纱，纺入捆绑纱的过程中，由于织针沿厚度方向的运动，造成了高性能纤维的损伤，从而造成面内力学性能的降低。大量捆绑纱的存在使得增强纤维束间的空隙变大，在浸入树脂固化后的复合材料中，空隙处主要为未受纤维增强的树脂，施加外力后容易发生断裂。

虽然纤维增强复合材料中捆绑纱的存在，使其沿厚度方向的性能得到改善，可有效避免复合材料层间分层，但是捆绑纱线圈空间几何形态复杂，且在固化过程中会发生变化，因而使得捆辨纱的存在是否有助于对纤维増强复合材料的层间剪切性能的提高或提高的幅度都是难以准确控制的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种层间增韧复合材料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种层间增韧复合材料的制备方法，其包括：

提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向(即与增强体厚度垂直的方向)取向排列的多根第一纤维；

以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；

以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。

在一实施例中，所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置；优选的，所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。

进一步地，所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。

优选的，所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向布。

进一步地，所述的第一纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。

进一步地，所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种。

进一步地，所述编织体包括纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料包括碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜、中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述第一纤维聚集体和编织体中包含的石墨烯或碳纳米管表面分布有修饰官能团、小分子或聚合物。

优选的，所述修饰官能团包括环氧基团、羟基、羧基和羰基中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述制备方法包括：至少采用真空辅助工艺、浸泡法、树脂灌注成型工艺、低压接触成型工艺、预浸料中的任一种方式将所述编织结构以包含可固化的树脂材料的流体充分浸润，之后进行固化处理。

本发明实施例还提供了一种层间增韧复合材料，其包括：

增强体，其包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；

至少一个编织体，其中每一编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织形成编织结构，并且每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；

固化的树脂材料，其至少部分填充所述编织结构内的空隙。

进一步地，从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过的编织体的直径或厚度小于或等于该两根第一纤维之间的距离。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明采用仅约1～60μm厚的纳米碳材料条带等作为编织体对增强体进行厚度方向的编织，而非具有大直径的捆绑纱，在增强体之间不会因为加入条带而造成空隙，从而在复合材料中不会因此有大的应力集中点，以提高复合材料的层间性能；

2)在本发明中，碳纳米管或石墨烯表面可以带有官能团或小分子、聚合物修饰，有利于增强树脂与碳纳米管条带的界面相互作用，以提供更好的界面相互作用，这种表面修饰可适用于含有石墨烯或碳纳米管的第一纤维聚集体和编织体中，使碳纳米管条带与树脂之间的相互作用大于普通织物(如涤纶、芳纶)与树脂之间的相互作用；

3)本发明的增强体为多层结构，层数在2层以上，例如可以达到10、11等层数，也可以根据需要加入更多层；

4)在复合材料增韧方面，本发明将纳米材料从面内增强创新为厚度方向的增强，层间增韧效果明显，经三点弯测试结果显示，弯曲弹性模量提高了61.47％，具有广泛应用前景。

附图说明

图1是本发明一典型实施方案之中一种层间增韧复合材料的制备方法流程示意图。

图2是本发明一典型实施方案之中采用真空辅助工艺浸渍树脂的流程示意图。

图3是本发明一典型实施方案之中加入CNT条带所获层间增韧复合材料的层间性能测试图。

具体实施方式

如前所示，鉴于现有技术中的诸多缺陷，本案发明人经过长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，如下将予以具体说明。

本发明实施例的一个方面提供了一种层间增韧复合材料的制备方法，其包括：

本发明实施例提供了一种层间增韧复合材料的制备方法，其包括：

提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向(即与增强体厚度垂直的方向)取向排列的多根第一纤维；

以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；

以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。

在一实施例中，所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置；优选的，所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。

进一步地，所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。

优选的，所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向编织布，但不限于此。

进一步地，所述的第一纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

更进一步地，所述第一纤维聚集体选自碳纤维单向编织布。

进一步地，在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。

进一步地，所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种，但不限于此。

进一步地，所述编织体包括纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料包括碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜、中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述纳米碳材料的预浸体包括聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合的预浸体，但不限于此。

更进一步地，所述编织体优选自碳纳米管条带，其中至少部分碳纳米管表面分布有低分子聚合物，如C₂H₄、C₄H₁₀、C₉H₂₀等，有利于增强树脂与碳纳米管条带的界面相互作用，碳纳米管条带与树脂之间的相互作用大于普通织物(如涤纶、芳纶)与树脂之间的相互作用。

进一步地，所述编织体选自纳米碳材料条带或纳米碳材料纤维，所述纳米碳材料条带的厚度为1～60μm，宽度为0.1～50mm，所述纳米碳材料纤维的直径为1～200μm。

在本发明中，碳纳米管或石墨烯表面可以带有官能团或小分子、聚合物修饰，以提供更好的界面相互作用，官能团可以包括环氧基团、羟基、羧基、羰基等，小分子可以包括1-芘丁酸、1-芘丁醇、儿茶酚等，聚合物可以包括C₂H₄、C₄H₁₀、C₉H₂₀、聚乙烯醇等，但不限于此。这种表面修饰可适用于含有石墨烯或碳纳米管的第一纤维聚集体和编织体中。

进一步地，所述制备方法包括：至少采用真空辅助工艺、浸泡法、树脂灌注成型工艺、低压接触成型工艺、预浸料中的任一种方式将所述编织结构以包含可固化的树脂材料的流体充分浸润，之后进行固化处理。

其中，真空辅助成型工艺，即真空辅助树脂转移模塑或真空灌注工艺，它是在真空状态下排除纤维增强体内的气体，利用树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物的浸渍，并在一定的温度条件下固化，形成一定树脂/纤维比例的工艺方法。该方法的具体步骤可以包括：

(1)准备阶段：清理模具表面，增强材料和真空辅助介质的准备等。

(2)铺层阶段：在单面刚性模具上依次铺设增强材料、脱模布、剥离层介质、高渗透导流介质、树脂灌注管道、真空导气管道等。

(3)密封阶段：用密封胶带将增强材料及真空辅助介质密封在弹性真空袋膜内，并抽真空，保证密闭膜腔达到预定的真空度。

(4)灌注阶段：在真空负压下，将树脂胶液通过树脂灌注管道导入密闭膜腔内，并充分浸渍增强材料。

(5)固化阶段：继续维持较高的真空度，在室温或加热条件下液体树脂发生固化交联反应，得到产品预成型体。

(6)后处理阶段：包括清理真空袋膜、导流介质、剥离层介质、脱模布等真空辅助介质和脱膜修整等，最终得到制品。

进一步地，所述的树脂材料和/或所述预浸体所含树脂包括聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述树脂材料的粘度为100～800mPa·s，优选为100～300mPa·s。

其中，适用于真空辅助工艺的树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等低粘度树脂。一般要求树脂体系的粘度为100～800mPa·s，最佳粘度范围为100～300mPa·s。树脂体系的低粘度平台时间(即工艺操作窗口)不少于30min，以避免树脂在灌注过程中就发生剧烈的凝胶反应和固化交联反应。

在本发明中，采用预浸料、编织后，借助层压法获得复合材料的树脂还有：聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂等。树脂灌注成型工艺可用的树脂包括不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等。

本发明的复合材料的增强体(简称NCF增强体)为多层结构，层数在2层以上，例如可以达到8、9、10、11等层数，也可以根据需要加入更多层。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种层间增韧复合材料，其包括：

增强体，其包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；

至少一个编织体，其中每一编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织形成编织结构，并且每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；

固化的树脂材料，其至少部分填充所述编织结构内的空隙。

在一实施例中，所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置；优选的，所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。

进一步地，所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。

进一步地，所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向编织布，但不限于此。

进一步地，所述的第一纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

更进一步地，所述第一纤维聚集体选自碳纤维单向编织布。

进一步地，在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。

进一步地，所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种，但不限于此。

进一步地，所述编织体包括纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料包括碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜、中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述纳米碳材料的预浸体包括聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合的预浸体，但不限于此。

更进一步地，所述编织体优选自碳纳米管条带，其中至少部分碳纳米管表面分布有低分子聚合物，如C₂H₄、C₄H₁₀、C₉H₂₀等，有利于增强树脂与碳纳米管条带的界面相互作用，碳纳米管条带与树脂之间的相互作用大于普通织物(如涤纶、芳纶)与树脂之间的相互作用。

进一步地，所述编织体选自纳米碳材料条带或纳米碳材料纤维，所述纳米碳材料条带的厚度为1～60μm，宽度为0.1～50mm，所述纳米碳材料纤维的直径为1～200μm。

在本发明中，碳纳米管或石墨烯表面可以带有官能团或小分子、聚合物修饰，以提供更好的界面相互作用，官能团可以包括环氧基团、羟基、羧基、羰基等，小分子可以包括1-芘丁酸、1-芘丁醇、儿茶酚等，聚合物可以包括C₂H₄、C₄H₁₀、C₉H₂₀、聚乙烯醇等，但不限于此。这种表面修饰可适用于含有石墨烯或碳纳米管的第一纤维聚集体和编织体中。

进一步地，所述的树脂材料和/或所述预浸体所含树脂包括聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述树脂材料的粘度为100～800mPa·s，优选为100～300mPa·s。

进一步地，其中树脂材料的含量为10～90wt％。

进一步地，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的2个以上第一纤维聚集体。

本发明的复合材料的增强体(简称NCF增强体)为多层结构，层数在2层以上，例如可以达到8、9、10、11等层数，也可以根据需要加入更多层。

藉由上述技术方案，本发明采用仅约1～60μm厚的纳米碳材料条带等作为编织体对增强体进行厚度方向的编织，而非具有大直径的捆绑纱，在增强体之间不会因为加入条带而造成空隙，从而在复合材料中不会因此有大的应力集中点，以提高复合材料的层间性能。在复合材料增韧方面，本发明将纳米材料从面内增强创新为厚度方向的增强，层间增韧效果明显，经三点弯测试结果显示，弯曲弹性模量提高了61.47％，具有广泛应用前景。

下面结合若干实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。然而，所选的实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如下实施例中涉及的层间增韧复合材料的制备方法可以参阅图1和图2所示，具体包括：

以碳纤维单向编织布为增强纤维，多层碳纤维单向编织布沿厚度方向平行排列，用碳纳米管条带垂直于碳纤维方向，对多层碳纤维单向编织布进行厚度方向的编织，借助真空辅助工艺浸入树脂，固化成型为碳纤维增强的层间增韧复合材料。

其中，真空辅助工艺浸入树脂的过程具体如图2所示，包括：在钢化玻璃上依次铺设增强材料、脱模布、剥离层介质、高渗透导流介质、树脂灌注管道、真空导气管道等。用密封胶带将增强材料及真空辅助介质密封在弹性真空袋膜内，并抽真空，保证密闭膜腔达到预定的真空度。在真空负压下，图2中右侧的树脂胶液通过树脂灌注管道导入密闭膜腔内，并充分浸渍增强材料，多余的树脂由树脂收集罐收集。

以下实施例将对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：本实施例涉及的一种层间增韧复合材料制备方法具体包括以下步骤：

以碳纤维为增强纤维，多层碳纤维单向布沿厚度方向平行排列，用约15μm厚、5mm宽的碳纳米管条带垂直于碳纤维方向，对多层碳纤维布进行厚度方向的编织，借助前述真空辅助工艺浸入环氧树脂，固化成型为碳纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为40wt％。进一步的，本实施例中加入CNT条带所获层间增韧复合材料的层间性能测试结果请参见图3所示。经三点弯测试结果显示，本实施例所获层间增韧复合材料的弯曲弹性模量较之多层碳纤维单向布提高了61.47％。

实施例2：本实施例涉及的一种层间增韧复合材料制备方法具体包括以下步骤：

以芳砜纶纤维为增强纤维，多层芳砜纶纤维单向布沿厚度方向平行排列，用约50μm厚、50mm宽的石墨烯条带垂直于芳砜纶纤维方向，对多层芳砜纶纤维单向布进行厚度方向的编织，所述石墨烯表面分布有环氧基团，借助浸泡法浸入不饱和聚酯树脂，固化成型为芳砜纶纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为50wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例3：本实施例涉及的一种层间增韧复合材料制备方法具体包括以下步骤：

以碳纳米管纤维为增强纤维，多层碳纳米管纤维单向布沿厚度方向平行排列，用约1μm厚、0.1mm宽的碳纳米管条带垂直于碳纳米管纤维方向，对多层碳纳米管纤维布进行厚度方向的编织，所述碳纳米管表面分布有羟基、羧基和羰基，借助树脂灌注成型工艺浸入双马来酰亚胺树脂，固化成型为碳纳米管纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为20wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例4：以芳纶纤维为增强纤维，多层芳纶纤维单向布沿厚度方向平行排列，用直径为10μm的碳纳米管纤维垂直于芳纶纤维方向，对多层芳纶纤维布进行厚度方向的编织，所述碳纳米管表面分布有1-芘丁酸，借助低压接触成型工艺浸入酚醛树脂树脂，固化成型为芳纶纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为10wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例5：以玻璃纤维为增强纤维，多层玻璃纤维斜交布沿厚度方向平行排列，用直径为1μm的石墨烯纤维垂直于玻璃纤维斜交布，对多层玻璃纤维布进行厚度方向的编织，所述石墨烯表面分布有C₂H₄，借助真空辅助工艺浸入乙烯基树脂，固化成型为玻璃纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为60wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例6：以超高分子量聚乙烯纤维为增强纤维，多层超高分子量聚乙烯纤维单向布沿厚度方向平行排列，用直径为200μm的石墨烯纤维垂直于超高分子量聚乙烯纤维方向，对多层超高分子量聚乙烯纤维布进行厚度方向的编织，所述石墨烯表面分布有1-芘丁醇和儿茶酚，借助真空辅助工艺浸入环氧树脂，固化成型为超高分子量聚乙烯纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为80wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例7：以碳纤维预浸料为增强纤维，多层碳纤维预浸料单向布沿厚度方向平行排列，用约15μm厚、5mm宽的碳纳米管预浸带垂直于碳纤维预浸料方向，对多层碳纤维预浸料布进行厚度方向的编织，借助模压成型工艺浸入有机硅树脂，固化成型为碳纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为90wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例8：以玄武岩纤维为增强纤维，多层玄武岩纤维单向布沿厚度方向平行排列，用约15μm厚、5mm宽的碳纳米管/石墨烯复合条带垂直于玄武岩纤维方向，对多层玄武岩纤维布进行厚度方向的编织，借助真空辅助工艺浸入环氧树脂，固化成型为玄武岩纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为70wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例9：以碳纤维为增强纤维，多层碳纤维单向布沿厚度方向平行排列，用约30μm厚、10mm宽的碳纳米管条带垂直于碳纤维方向，对多层碳纤维布进行厚度方向的编织，所述碳纳米管表面分布有C₄H₁₀，借助预浸料工艺浸入聚四氟乙烯乳液，固化成型为碳纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为50wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例10：以碳纤维正交布为增强纤维，多层碳纤维正交布沿厚度方向平行排列，用厚度为100μm碳纳米管薄膜沿碳纤维正交布厚度方向，对多层碳纤维布进行厚度方向的编织，所述碳纳米管表面分布有C₉H₂₀，借助预浸料工艺浸入聚酰亚胺，固化成型为碳纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为90wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

实施例11：以石墨烯纤维为增强纤维，多层石墨烯纤维单向布沿厚度方向平行排列，用约60μm厚、20mm宽的石墨烯薄膜垂直于石墨烯纤维方向，对多层石墨烯纤维单向布进行厚度方向的编织，所述石墨烯表面分布有聚乙烯醇，借助浸泡法浸入聚酰胺树脂，固化成型为石墨烯纤维增强的复合材料，其中树脂材料的含量为60wt％。本实施例所获复合材料的性能测试数据与实施例基本一致。

此外，本案发明人还参照实施例1-11的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，亦可达成相应的效果，制得具有类似层间增韧性能的层间增韧复合材料。

对照例1

现有技术中的纤维增强复合材料中存在捆绑纱，但是捆绑纱线圈空间几何形态复杂，且在固化过程中会发生变化，因而对纤维増强复合材料的层间剪切性能的提高不大，不如本发明。

应当理解，以上所述仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的一些改进和润饰均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种层间增韧复合材料的制备方法，其特征在于包括：

提供增强体，所述增强体包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维，所述的第一纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玄武岩纤维、芳砜纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维预浸料中的任意一种或两种以上的组合；

以至少一个编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织，形成编织结构，其中每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过，所述编织体选自纳米碳材料和/或所述纳米碳材料的预浸体，所述纳米碳材料选自碳纳米管条带、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、石墨烯条带、石墨烯薄膜、石墨烯纤维、碳纳米管/石墨烯复合纤维、碳纳米管/石墨烯复合条带、碳纳米管/石墨烯复合薄膜中的任意一种或两种以上的组合；所述第一纤维聚集体和编织体中包含的石墨烯或碳纳米管表面分布有修饰官能团、小分子或聚合物，所述修饰官能团选自环氧基团、羟基、羧基和羰基中的任意一种或两种以上的组合，所述小分子选自1-芘丁酸、1-芘丁醇和儿茶酚中的任意一种或两种以上的组合，所述聚合物为聚乙烯醇；

以包含可固化树脂材料的流体浸润所述编织结构，之后进行固化处理，形成层间增韧复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向布。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在任一编织体从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过时，该两根第一纤维之间的距离保持不变或略有增大。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述编织体选自纳米碳材料条带或纳米碳材料纤维，所述纳米碳材料条带的厚度为1~60μm，宽度为0.1~50mm，所述纳米碳材料纤维的直径为1~200μm。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用真空辅助工艺、浸泡法、树脂灌注成型工艺、低压接触成型工艺、预浸料中的任一种方式将所述编织结构以包含可固化的树脂材料的流体充分浸润，之后进行固化处理。

10.根据权利要求1或9所述的制备方法，其特征在于：所述的树脂材料和/或所述预浸体所含树脂选自聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合。

11.权利要求1-10中任一项所述方法制备的层间增韧复合材料，其特征在于包括：

增强体，其包括沿其厚度方向层叠的多个第一纤维聚集体，其中第一纤维聚集体包括沿指定方向取向排列的多根第一纤维；

至少一个编织体，其中每一编织体沿所述增强体厚度方向与所述的多个第一纤维聚集体进行编织形成编织结构，并且每一编织体连续的从两个以上第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过；

固化的树脂材料，其至少部分填充所述编织结构内的空隙。

12.根据权利要求11所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述的多个第一纤维聚集体相互平行或呈设定角度设置。

13.根据权利要求12所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述的多个第一纤维聚集体相互垂直设置。

14.根据权利要求12所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述第一纤维聚集体包括正交布和/或斜纹布。

15.根据权利要求14所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述第一纤维聚集体包括单向平行排列形成的单向布。

16.根据权利要求11-15中任一项所述的层间增韧复合材料，其特征在于：从任一第一纤维聚集体中相邻两根第一纤维之间穿过的编织体的直径或厚度小于或等于该两根第一纤维之间的距离。

17.根据权利要求16所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述编织体的形态包括条带、纤维、薄膜中的任意一种或两种以上的组合。

18.根据权利要求11所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述编织体选自纳米碳材料条带或纳米碳材料纤维，所述纳米碳材料条带的厚度为1~60μm，宽度为0.1~50mm，所述纳米碳材料纤维的直径为1~200μm。

19.根据权利要求11所述的层间增韧复合材料，其特征在于：所述的树脂材料和/或所述预浸体所含树脂选自聚酰亚胺、有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、聚酰胺树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合。

20.根据权利要求11或19所述的层间增韧复合材料，其特征在于：其中树脂材料的含量为10~90wt%。

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