PVDF改性三维编织碳纤维结构阻尼复合材料的制备方法与流程

本发明属于复合材料领域，涉及到一种PVDF改性三维编织碳纤维结构阻尼复合材料的制备方法。

背景技术：

19世纪60年代，为了满足航空航天尖端领域的技术需要，以碳纤维为增强体的先进复合材料应运而生。由于高性能纤维增强树脂基复合材料具有强度高、刚度大、重量轻，可设计性佳等突出特点，做为结构材料具有非常广泛的应用范围。结构材料在使用过程中，难以避免会承受较大的机械振动载荷，尤其是高速高载的场合，因此，研制开发新型结构-功能一体化的高性能阻尼材料，并用于军事、航空航天、高速列车等领域具有重要的意义。

对于改善复合材料的阻尼研究，大多针对基体进行改性，或者将复合材料与热塑性材料复合制备具有夹层结构的材料，或者通过不同纤维进行叠层混杂等。但是这些方法都存在各自的缺点：会在提高阻尼的基础上，不同程度地牺牲材料的力学性能，影响复合材料的可靠性。或者在承载过程中容易出现分层现象，导致力学性能变差，进而影响其使用。因此，亟需探索新的改性方法以提高复合材料的阻尼特性。

作为复合材料中的一个重要组成部分，界面不仅占据着复合材料内部相当大的面积，而且是连接纤维与基体的重要环节，其在复合材料中的作用不可忽视。三维编织复合材料具有优异的力学性能和整体性，如果同时将机械强度高，抗冲击性能好，韧性优良的聚偏氟乙烯(PVDF)与碳纤维结合起来，则有望克服以上几种方法的缺点，获得力学性能和阻尼特性优异的高性能复合材料，具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种PVDF改性三维编织碳纤维结构阻尼复合材料的制备方法。本发明通过对经过表面活化处理的三维编织碳纤维进行PVDF涂覆改性，进而通过树脂传递模塑RTM工艺获得结构-阻尼特性优良的三维编织碳纤维增强复合材料。本发明的技术方案如下：

一种PVDF改性三维编织碳纤维结构阻尼复合材料的制备方法，包括下列步骤：

(1)按照下述的质量配比，制备PVDF溶液：将聚偏氟乙烯PVDF溶于二甲基甲酰胺DMF溶剂中配制成PVDF溶液，其中PVDF溶液中聚偏氟乙烯PVDF与二甲基甲酰胺DMF的质量比为1:30～1:10，在50～70℃的水浴锅中磁力搅拌1～2h，使PVDF充分溶解于DMF中制得混合均匀的溶液；

(2)三维编织碳纤维前处理；

(3)具有PVDF涂层的三维编织碳纤维制备：将经过前处理的三维编织碳纤维浸入PVDF均匀溶液后再取出，挤出多余混合胶浆，放入80℃～140℃烘箱中至少干燥4h，使DMF溶剂充分挥发，得到具有PVDF涂层的三维编织碳纤维。

(4)阻尼复合材料制备：将涂覆有PVDF的三维编织碳纤维裁剪之后，铺放在涂抹了脱模剂的模具中，随后将铺有纤维的模具在60℃～90℃的烘箱中预热，随后将E51环氧树脂与酸酐类固化剂按照4：3的质量配比混合均匀，放入真空干燥箱中30℃～40℃真空脱泡，然后通过真空辅助将混合树脂注入到紧固后的模具中，并用氩气加压，待注模完成后将模具放入90℃烘箱中保温4h后随烘箱冷却，等模具温度降至室温时，脱模，除去制品周边余料并将模具清理干净。

此法优点是：PVDF材料的成膜过程简便易操作，PVDF成分简单且化学性质稳定。设备简单，生产效率高，物料损失少，易于实现机械化作业，且适用制备形状复杂的材料，是一种优良的三维编织碳纤维的表面涂覆改性方法。

附图说明

图1为涂覆PVDF前的三维编织碳纤维扫描图。

图2为涂覆PVDF后的三维编织碳纤维扫描图。

图3为涂覆PVDF前后碳纤维的红外对比图。

图4为三维编织碳纤维增强复合材料的加速度-时间图。

图5为三维编织PVDF涂层碳纤维增强复合材料的加速度-时间图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

实例

(1)按照下述的质量配比，制备PVDF溶液：将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中配制成PVDF的溶液，其中PVDF的溶液中聚偏氟乙烯(PVDF)与二甲基甲酰胺(DMF)的质量比为1:20。在65℃的水浴锅中磁力搅拌1h，使PVDF充分溶解于DMF中制得混合均匀的溶液。

(2)三维编织碳纤维前处理：将纤维织物用5wt％(NH₄)₂HPO₄溶液煮沸1h，然后去离子水冲洗三次，并且用去离子水超声30min去除纤维表面的残留(NH₄)₂HPO₄杂质，并在120℃烘箱中干燥3h，其涂覆PVDF前的三维编织碳纤维扫描图如图1所示。

(3)PVDF涂层碳纤维织物制备：将经过步骤(2)处理的三维编织碳纤维浸入PVDF均匀溶液中5min再取出，挤出多余混合胶浆，放入140℃烘箱中至少干燥4h，使DMF溶剂充分挥发，得到具有PVDF涂层的碳纤维织物。其涂覆PVDF后的三维编织碳纤维扫描图如图2所示，其涂覆PVDF前后三维编织碳纤维的红外对比图如图3所示。

(4)阻尼复合材料制备：将涂覆有PVDF的三维编织纤维裁剪为250×20×3mm的尺寸，铺放在涂抹了脱模剂的模具中，随后将铺有纤维的模具在90℃的烘箱中预热1h，随后将80g E51环氧树脂与60g酸酐类固化剂混合均匀，放入真空干燥箱中40℃真空脱泡30min，然后通过真空辅助将混合树脂注入到紧固后的模具中，并用氩气加压，待注模完成后将模具放入90℃烘箱中保温4h后随烘箱冷却，等模具温度降至室温时，脱模，除去制品周边余料并将模具清理干净。图4为三维编织碳纤维增强复合材料的加速度-时间图,图5为三维编织PVDF涂层碳纤维增强复合材料的加速度-时间图。