一种双稳态融合碳纤维增强复合材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种双稳态融合碳纤维增强复合材料，属于碳纤维复合材料领域。
【背景技术】
[0002]在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。
[0003]碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供一种双稳态融合碳纤维增强复合材料，其具有两个特殊的稳态形式，对于军事、航空航天、野外勘探等领域有着巨大的应用前景。
[0005]本发明采用的技术路线为:
[0006]—种双稳态融合碳纤维增强复合材料，以复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)的料卷轴线为横向轴，以复合材料呈管状延展状态(即第二稳态)的管轴线为纵向轴，包括:第一种制造形态，1: 1比例横向碳纤维，1: 1比例横向玻璃纤维，1: 1比例纵向碳纤维，1:1比例纵向玻璃纤维，1:1比例下需要添加的其他基质材料；第二种制造形态，3:1比例横向碳纤维，3:1比例横向玻璃纤维，3:1比例纵向碳纤维，3:1比例纵向玻璃纤维，3:1比例下需要添加的其他基质材料，其特征在于:在1:1比例制造模式下，1:1比例横向碳纤维1和1:1比例横向玻璃纤维在同一平面内按比例交替布置，并保持相互平行，1:1比例纵向碳纤维和1:1比例纵向玻璃纤维在距离上一平面一个纤维厚度的另一平面按比例交替布置，并保持相互平行，同时须保证两个平面之间的纤维丝交错垂直，同时在最底层添加1:1比例下需要添加的其他基质材料，上述三层组成一个1:1比例制造单元；在3:1比例制造模式下，3:1比例横向碳纤维和3:1比例横向玻璃纤维在同一平面内按比例交替布置，并保持相互平行，3:1比例纵向碳纤维和3:1比例纵向玻璃纤维在距离上一平面一个纤维厚度的另一平面按比例交替布置，并保持相互平行，同时须保证两个平面之间的纤维丝交错垂直，同时在最底层添加3:1比例下需要添加的其他基质材料，上述三层组成一个3:1比例制造单元;
[0007]进一步的，为实现材料制造性能的需要，所述的1:1比例下需要添加的其他基质材料和3:1比例下需要添加的其他基质材料是使用热塑性基质材料和添加包括芳香族聚纤维、金属纤维、高密度聚乙烯系纤维和聚合物的增强纤维，包括聚丙烯纤维、聚酯、聚醚砜树脂、聚醚醚酮、聚醯胺纤维、聚乙烯系、工程塑料和热塑性氨基甲酸酯在内的热塑性基质材料；
[0008]进一步的，为制造出合适强度要求的材料本体，所述的复合材料是由若干个1:1比例制造单元或3:1比例制造单元叠合而成。
[0009]—种双稳态融合碳纤维增强复合材料，其制造工艺为:将碳纤维纱和玻璃纤维纱按照比例，采用不同的穿纱根数，经编针织机织成针织物，同时保持在针织物中碳纤维纱和玻璃纤维纱的宽度一致；将排布好的上述两层针织物均布，采用热塑预制工艺制作复合材料，固化工艺为167摄氏度下1分钟，温度下降后固化成形，采用的树脂为聚丙烯PP(Polypropylene ；Polypropene) 147 固化剂，质量配比为 100:28。
[0010]一种双稳态融合碳纤维增强复合材料，制造后能达到两种稳态:一种是复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)，二种是复合材料呈管状延展状态(即第二稳态)，且两种稳态之间连接自然过渡；并且，复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)中稳定贮存一定能量，使复合材料展开后能在贮存能量的作用下自动转变为复合材料呈管状延展状态(即第二稳态)，且此过程贮存能量释放平缓，不会产生爆炸性能量释放；同时，在复合材料呈管状延展状态(即第二稳态)下，材料可以被压扁，并收卷成复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)，同时平稳的贮存能量在复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)内部。本发明具有以下优点:
[0011 ] 1、克服了同类技术方案生产的元素或者产品的如下缺点和危险
[0012](1)、在管状型时，不具备更厚，更强大的预应力。
[0013](2)、存储在弯曲设备的潜在能量巨大，会发生爆炸危险。
[0014](3)、正常使用，它从曲状中释放出来时，这种元素也很危险，它可能以易爆炸的速率返回管状。
[0015]2、材料中的元素组成一个基层结构，这个机构充满弹性，在这种情况下，元素的纤细空心形式和被压缩的情况是可逆的。
[0016]3、在这种压缩环境下会抵制产生潜在能量，甚至应该消除它。因为这种能量不仅能使烈性元素安全存储在弯曲环境下，还可以安全释放这些元素，形成细长中空的形态。
[0017]4、在细长中空的形态下，材料足够的坚硬来支撑自己。因此，元素可以从压缩空间迅速地延伸到要求的长度，延伸部分展示了结构化硬度，真正做到柔性与硬度的充分融入口 ο
[0018]5、材料本身植入的纤维被包裹覆盖，既安全可靠、增长使用寿命，又节省空间、使用替换简便，对长距离施工应用及小型精密设备意义重大。
【附图说明】
[0019]图1为本发明1:1比例制造模型下的结构示意图。
[0020]图2为本发明3:1比例制造模式下的结构示意图。
[0021]图3为本发明的材料的两种稳态示意图。
[0022]附图标号:1-1:1比例横向碳纤维；2-1:1比例横向玻璃纤维；3-1:1比例纵向碳纤维比例纵向玻璃纤维；5-1:1比例下需要添加的其他基质材料；6-3:1比例横向碳纤维；7-3:1比例横向玻璃纤维；8-3:1比例纵向碳纤维；9-3:1比例纵向玻璃纤维；10-3:1比例下需要添加的其他基质材料；11-复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)；12-复合材料呈管状延展状态(即第二稳态)。
【具体实施方式】
[0023]如图1至图3所示，一种双稳态融合碳纤维增强复合材料，以复合材料呈料卷滚放状态(即第一稳态)11的料卷轴线为横向轴，以复合材料呈管状延展状态(即第二稳态)12的管轴线为纵向轴，包括:第一种制造形态，1:1比例横向碳纤维1，1:1比例横向玻璃纤维2，1:1比例纵向碳纤维3，1:1比例纵向玻璃纤维4，1:1比例下需要添加的其他基质材料5 ;第二种制造形态，3:1比例横向碳纤维6，3:1比例横向玻璃纤维7，3:1比例纵向碳纤维8，3:1比例纵向玻璃纤维9，3:1比例下需要添加的其他基质材料10，其特征在于:在1:1比例制造模式下，1: 1比例横向碳纤维1和1:1比例横向玻璃纤维2在同一平面内按比例交替布置，并保持相互平行，1: 1比例纵向碳纤维3和1:1比例纵向玻璃纤维4在距离上一平面一个纤维厚度的另一平面按比例交替布置，并保持相互平行，同时须保证两个平面之间的纤维丝交错垂直，同时在最底层添加1:1比例下需要添加的其他基质材料5，上述三层组成一个1:1比例制造单元；在3:1比例制造模式下，3:1比例横向碳纤维6和3:1比例横向玻璃纤维7在同一平面内按比例交替布置，并保持相互平行，3:1比例纵向碳纤维8和3:1比例纵向玻璃纤维9在距离上一平面一个纤维厚度的另一平面按比例交替布置，并保持相互平行，同时须保证两个平面之间的纤维丝交错垂直，同时在最底层添加3:1比例下需要添加的其他基质材料10，上述三层组成一个3:1比例制造单元；
[0024]进一步的，为实现材