一种碳纤维复合材料滑雪板及其制备方法

本发明涉及体育用品制备，尤其涉及一种碳纤维复合材料滑雪板及其制备方法。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、滑雪板作为竞技体育中的一种面对复杂工况环境的应用产品，对其材料和结构设计都提出了复杂的要求，多年以来，降低滑雪板板体滑行面和雪地面之间的滑动摩擦阻力，同时进行滑雪板板体的减重并改善其减震性能，提高滑雪板的耐疲劳和导电性能，防止滑雪板体在服役过程中由于滑行静电作用而因其滑雪板对杂质吸收等问题，都是研究者和设计者的主要研究问题。高性能碳纤维以高强度、高模量、导电性优异等诸多性能，成为结构复合材料和功能复合材料领域应用的主要增强纤维材料，目前尤其在体育用品上的应用日益拓展领域，发展十分迅速。

3、为了解决目前复合材料滑雪板的减重和对于复杂雪面路况情况的综合适应性，同时提高在高速滑行过程中板面和雪面摩擦的静电问题，需要设计一种组合结构的复合材料滑雪板并解决表面的杂质静电吸引作用。

4、专利cn 105709406 a公开了一种碳纤维预浸料增强滑雪板，其表面层采用ps树脂，以防止滑雪板在运行过程中产生静电，其内芯层为环氧树脂与碳纤维制成的预浸料材料、底板为abs树脂。然而，由于ps和abs均具有较高的电绝缘性，在滑雪板实际应用过程中，由于摩擦而产生的电荷易积聚，从而难以达到理想防静电的效果，易产生杂质静电吸引现象。另外，由于是在低温环境中使用，由上述聚合物及复合材料构成的滑雪板在低温下材料变脆，耐冲击性能降低，具有一定的安全隐患。因此，如何制备应用时具有良好防静电性能和耐冲击性能的滑雪板是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维复合材料滑雪板及其制备方法，所制备的碳纤维复合材料滑雪板具有良好的力学综合性能以及防静电性。

2、第一方面，本发明提供了一种碳纤维复合材料滑雪板，包括上表面刚性复合材料层、中间防静电板芯层、下表面耐磨防静电复合材料层和两侧的耐冲击强化层；

3、其中，所述上表面刚性复合材料层为高模量碳纤维多维织物增强热固性树脂基体复合材料；

4、所述中间防静电板芯层包括泡沫复合层，所述泡沫复合层包括轻质有机泡沫层以及在轻质有机泡沫层上下表面贴敷的uhmwpe纤维复合材料层；所述泡沫复合层外部整体包覆超细碳纤维粉体增强的改性树脂层；

5、所述下表面耐磨防静电复合材料层为填充有高纯度石墨粉体的高模量碳纤维多维织物增强热固性树脂基体复合材料；

6、所述耐冲击强化层为碳纤维混杂辅助纤维多维织物增强热固性树脂基体复合材料。

7、第二方面，本发明提供了上述碳纤维复合材料滑雪板的制备方法，包括如下步骤：

8、在轻质泡沫外部上下表面贴敷uhmwpe纤维复合材料层，以此构成泡沫复合层，之后采用注射成型在泡沫复合层外部整体包覆超细碳纤维粉体增强的改性树脂层，构成防静电板芯层；

9、刚性复合材料层、耐磨防静电复合材料层分别成型后，按照上表面刚性复合材料层、中间防静电板芯层、下表面耐磨防静电复合材料层的顺序依次叠层组合，各层之间采用热固性树脂胶体进行固化粘结；

10、然后在滑雪板两侧表面采用局部包覆成型形式加工耐冲击强化层。

11、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

12、(1)本发明的滑雪板上下表面采用连续碳纤维织物增强结构，同时在板芯包覆层的树脂基体中添加超细碳纤维粉体、在下表面耐磨防静电复合材料层中填充高纯石墨粉体，保证滑雪板具有良好的整体力学综合特性，即具有良好的耐磨性、耐冲击性、抗变形性等，同时还降低了滑雪板与雪面接触的摩擦系数，滑雪板整体的板面防静电性能大幅提高。

13、(2)本发明还采用了侧向耐冲击强化结构，有效提高滑雪板局部的耐冲击特性。

技术特征：

1.一种碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，包括上表面刚性复合材料层、中间防静电板芯层、下表面耐磨防静电复合材料层和两侧的耐冲击强化层；

2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述上表面刚性复合材料层和耐磨防静电复合材料层的高模量碳纤维选自m40、m40j、m55、m55j、m60、m60j中的任意一种；所述高模量碳纤维多维织物选自二维织物叠层结构和三维立体编织结构中的任意一种；

3.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述刚性复合材料层、耐磨防静电复合材料层和耐冲击强化层的热固性树脂基体包括但不限于不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、热固性聚氨酯树脂和脲醛树脂中的一种。

4.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述轻质有机泡沫选自聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯和聚甲基丙烯酰亚胺中的任意一种，体密度为0.03-0.2g/cm3。

5.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述uhmwpe纤维选自特力夫70、特力夫80、特力夫90中的任意一种；所述uhmwpe纤维复合材料层的纤维含量为60-80％，其树脂基体包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚醚酮、聚醚醚酮中的任意一种。

6.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述超细碳纤维粉体的长径比为5:1-7:1，直径为5～7μm；超细碳纤维粉体在树脂中的填充比例为10-40％。

7.如权利要求6所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，超细碳纤维粉体的碳纤维类型选自t300、t700、t800、t1000、t1200中的一种或几种；

8.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述高纯度石墨粉体采用含碳量在99％以上的石墨粉体，所述石墨包括但不限于煤系石墨和鳞片石墨中的一种；优选的，所述高纯度石墨粉体的粒径为10-50μm，其在树脂中的填充比例为10-40％。

9.如权利要求1所述的碳纤维复合材料滑雪板，其特征在于，所述耐冲击强化层中，树脂含量为40-60％；所述碳纤维选自m40、m40j、m55、m55j、m60、m60j中的任意一种；所述辅助纤维选自芳纶纤维或uhmwpe纤维；优选的，所述芳纶纤维选自k29、k49、k129中的任意一种，所述uhmwpe纤维选自特力夫70、特力夫80、特力夫90中的任意一种。

10.如权利要求1-8任一项所述的碳纤维复合材料滑雪板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种碳纤维复合材料滑雪板，包括上表面刚性复合材料层、中间防静电板芯层、下表面耐磨防静电复合材料层和两侧的耐冲击强化层；刚性复合材料层为高模量碳纤维多维织物增强热固性树脂基体复合材料；防静电板芯层包括轻质有机泡沫层、在轻质有机泡沫层上下表面贴敷的UHMWPE纤维复合材料层以及外部整体包覆超细碳纤维粉体增强的改性树脂层；耐磨防静电复合材料层为填充有高纯度石墨粉体的高模量碳纤维多维织物增强热固性树脂基体复合材料；耐冲击强化层为碳纤维混杂辅助纤维多维织物增强热固性树脂基体复合材料。本发明所制备的滑雪板在具有良好的整体力学综合特性的同时还具有良好的防静电性能。

技术研发人员：曹伟伟,朱波,王永伟,袁晓敏,周亮
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11