CN104118158B - 一种纳微米碳纤维复合毡及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种纳微米碳纤维复合毡及其制备方法，由纳米碳纤维层和微米碳纤维层交替组合而成，所述的纳米碳纤维层为单层纳米碳纤维毡构成，所述的微米碳纤维层由1～4层的微米碳纤维单层组成，每一层微米碳纤维层中微米碳纤维单层的总数相等、相差1层或相差2层。复合毡中纳米碳纤维层和微米碳纤维单层总层数的层数比为(x+1)∶x或1∶1～1∶3.5。本发明充分结合了纳米碳纤维和微米碳纤维的优点，将微米碳纤维作为类似骨架支撑层，将导电导热性优异且弹性变形大的纳米碳纤维作为功能层，在避开纳米碳纤维制造成本高、工艺操作性差以及分散效率低难题的同时，又弥补了微米碳纤维对复合材料层间强度贡献薄弱的劣势。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳微米碳纤维复合毡及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
纳米碳纤维是指直径在50纳米到200纳米的碳纤维，区别于常规微米级碳纤维(直径在5微米～10微米)和纳米碳管(直径为1纳米到50纳米)。纳米碳纤维在尺寸级别上填补了纳米碳管和常用微米级碳纤维的缺口，同时由于一维纳米尺寸效应，纳米碳纤维具有与纳米碳管相近的优异导电导热性、高模高强、低密度以及大的弹性变形等特点。
纳米碳纤维是由单层或多层石墨平行堆积或与纤维轴线呈一定夹角堆积而成的中空结构，具有大长径比、高比表面积、低密度和弹性变形大等优良的力学性能，还具备高电导率和热导率的特点，无论从力学性能还是导电导热功能方面都适合充当结构功能复合材料的增强体。由于其大长径比和中空管状结构，电子迁移速度极快，电阻很小，电荷迁移率非常高，电流极易通过且几乎没有任何损失，故导电率很高。研究表明纳米碳纤维的电流负载能力接近铜导线的1000倍，且能在很高的载流密度下依然保持较高的热稳定性。该原理同样适用于导热性能，其一维量子隧道效应加强了热交换率。
随着社会技术的不断进步，对高性能复合材料产品尤其是碳纤维增强的复合材料产品需求越来越大。与此同时，科技进步对导电、导热等功能性复合材料的需求增长快速，纳米碳纤维由于上述的优异导电导热性能，成为复合材料功能改性的重点研究对象。
目前，制备纳米碳纤维的方法主要有3种：电弧放电、激光蒸发、化学气相沉积(CVD法)，工业化生产主要采用第3种。一般生产的纳米碳纤维具有高比表面积和长径比，多呈束状缠绕，以毡状形态存在，既不溶于水也不溶于有机溶剂，分散效率极低。通常需进行相当繁琐的后处理工序才能将互相缠绕的纳米碳纤维分开，方可作为导电导热及力学增强材料使用。但即使经过后期多种物理和化学方式处理，其在基体中仍极易团聚和缠绕。且由于团聚后的状态已不是纳米级，故而也失去了纳米尺度下独特的物理化学性能，影响其优异性能的发挥。可以说纳米碳纤维在基体中的均匀分散效率是制约其在高性能复合材料工程应用的最大障碍。
针对纳米碳纤维的分散难题，若直接将制备所得的纳米碳纤维毡用于复合材料成型，又存在制备成本高、操作工艺性差等问题。首先纳米碳纤维的制备成本较高，每克约1000美元，有“贵比黄金”之称。主要有两方面原因：(1)制备纳米碳纤维的设备复杂，相关制备工艺参数控制要求高；(2)由于需在高温(700-1100℃)和相对密封的空间内生长，故目前高质量的纳米碳纤维难以实现大规模生产。其次，制约纳米碳纤维直接作为复合材料增强体的另一难题是工艺操作性差，纳米碳纤维呈松散毡状，厚度仅约0.02毫米，与常用微米碳纤维相比较薄，薄的松散毡在铺层过程中不能较好的随形铺覆，尤其是在模具或芯材曲率变化较大的部位，若无其他材料作为基底支撑而单纯靠纳米碳纤维层，很容易断裂或散开，制备的预成型体质量差。最后，厚度薄对制造成本提出了较高要求。以2毫米厚复合材料制备为例，如果均采用纳米碳纤维，需要铺覆100层才能满足厚度要求，材料成本和下料、铺覆等工序的制造成本比较高。同时，将100层毡状纳米碳纤维层叠放在一起，不仅多层纤维中裹入的气泡多，且总厚度远远大于理论厚度，不利于高质量预成型体的制备。
综上所述，由于制备成本高和工艺操作性差限制了纳米碳纤维作为增强体在复合材料设计制备中的应用。目前产品生产过程中预成型中间体主要以微米级碳纤维为主(95％以上)，如单向布、平纹布等各种类型的织物及单向预浸料等，生产及操作工艺成熟，材料成本低廉。但采用其成型后的复合材料导电导热性能差，无法直接应用于有电、热性能要求的环境中；其次，产品的层间剪切强度低，受到外力容易产生层间破坏，限制了其进一步应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了可大幅提高电导率和热导率、且能最大限度的保持长连续纤维的力学性能并改善产品层间强度的纳微米碳纤维复合毡及其制备方法，为导电导热复合材料产品提供一种预成型中间体选择。
本发明的技术解决方案：一种纳微米碳纤维复合毡，由纳米碳纤维层和微米碳纤维层交替组合而成，所述的纳米碳纤维层为单层纳米碳纤维毡构成，所述的微米碳纤维层由1～4层的微米碳纤维单层组成，每一层微米碳纤维层中微米碳纤维单层的总数相等、相差1层或相差2层。
纳米碳纤维层由单层纳米碳纤维毡构成，纳米碳纤维毡采用通用方法如化学气相沉积(CVD)等方法制备得到松散毡状形态，纳米碳纤维毡的厚度一般为0.015毫米～0.02毫米，单位面积重量为16克～20克/平方米，纳米碳纤维直径50纳米到200纳米。
微米碳纤维层由1～4层的微米碳纤维单层组成，微米碳纤维单层可以为单层的短切碳纤维毡、单向带或碳布织物，碳布织物可以是单向帘子布、锻纹布或平纹布等。一般单层微米级纤维层的厚度为0.2毫米～0.25毫米，单位面积重量为(170～210)克/平方米，微米碳纤维直径5微米到10微米。
在满足纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的层数比设计的条件下，每层微米碳纤维层中所含微米碳纤维单层数量尽量接近，设计中微米碳纤维层之间的微米碳纤维单层数量相同、相差1层或2层，优选数量相同。比如纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的层数比为1∶1，纳微米碳纤维复合毡为[N/Wd]s，N为纳米碳纤维层，Wd为微米碳纤维单层，下同；纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的层数比为1∶2，纳微米碳纤维复合毡为[N/Wd/Wd]s，纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的层数比为1∶3，纳微米碳纤维复合毡为[N/Wd/Wd/Wd]s。
本发明充分结合了纳米碳纤维和微米级碳纤维的优点，将两者按一定方式和比例复合成新型碳纤维复合毡。纳米碳纤维层和微米碳纤维层要交替铺层，即相邻纳米碳纤维层之间要间隔微米碳纤维层，以保持产品的力学性能。复合毡中纳米碳纤维层和微米碳纤维单层总层数的比例为(x+1)∶x或1∶1～1∶3.5。若纳米碳纤维比重过大，对成本和工艺性影响较多，且对层间性能的增加幅度不明显。若微米碳纤维比重过大，影响导电导热性能的提高。
本发明可以根据所需产品性能不同要求，进行铺层设计。若对导电导热性能要求高时，在兼顾成本和工艺性的同时，米碳纤维层和微米碳纤维层按照N-W-N-W-...-N-W-N顺序排列，N表示纳米碳纤维层，W表示微米碳纤维层，纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为(x+1)∶x，即复合毡以纳米碳纤维层与微米碳纤维单层交替铺层后，两侧最外层要均为纳米碳纤维层，此类复合毡适用于对导热导电性能要求高的复合材料。
若对层间性能要求高时，在兼顾成本和工艺性的同时，纳米碳纤维层和微米碳纤维层按照...-N-W-N-W-...顺序交替铺层，纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比为1∶2.5～1∶3.5，此类型复合毡适用于对层间强度要求高的复合材料。
若对整体综合性能要求高时，在兼顾成本和工艺性的同时，纳米碳纤维层和微米碳纤维层按照N-W-N-W-...-N-W-N顺序排列，纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x∈[5∶6，5∶8]，y为纳米碳纤维层的层数，即复合毡以纳米碳纤维层与微米碳纤维层交替铺层后，两侧最外层要均为纳米碳纤维层。
一种纳微米碳纤维复合毡的制备方法，包括以下步骤：
制备纳米碳纤维层和微米碳纤维层；
(1)纳米碳纤维层的制备
采用采用化学气相沉积法或其他公知技术。采用化学气相沉积法的具体工艺参数如下(化学气相沉积法为公知技术，可根据具体情况进行调节)：乙醇作为碳源，二茂铁为催化剂，噻吩为助催化剂，将三者配制成一定浓度的标准溶液。其中二茂铁在丙酮溶液中的浓度为0.008g～0.05g/ml，噻吩在乙醇溶液中的浓度为0.01g～0.1g/ml。在氩气保护下，待石英管内温度匀速升温至780℃后恒温，通入氩气和氢气的混合气体，同时，采用小型注射器注入标准溶液。末端通过旋转收集器将纳米碳纤维收集成卷。将制备的纳米碳纤维在350℃～450℃下碳化处理20min～30min冷却后酸洗烘干，按要求尺寸裁剪备用得到纳米碳纤维层，纳米碳纤维层为毡状。制备的纳米碳纤维单层厚度为0.015毫米～0.02毫米。
(2)微米碳纤维层的制备
微米碳纤维单层可采用短切纤维毡、单向带、碳布织物等形式，制备方法为公知技术，可以根据具体要求选择。如采用常用的面密度在(170～210)克/平方米的碳纤维织物如单向帘子布、锻纹布或平纹布等作为微米级碳纤维层，按要求尺寸裁剪备用。微米级碳纤维层的单层厚度为0.2毫米～0.25毫米。
根据所需的微米碳纤维单层总数，进行微米碳纤维层的铺层设计，每层微米碳纤维层中所含微米碳纤维单层数量尽量接近，设计中微米碳纤维层之间的微米碳纤维单层数量相同、相差1层或相差2层。
将纳米碳纤维层和微米碳纤维层交替叠放在一起，压实，纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比为(x+1)∶x或1∶1～1∶3.5。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明充分结合了纳米碳纤维和微米碳纤维的优点，将微米碳纤维作为类似骨架支撑层，将导电导热性优异且弹性变形大的纳米碳纤维作为功能层，在避开纳米碳纤维制造成本高、工艺操作性差以及分散效率低难题的同时，又弥补了微米碳纤维对复合材料层间剪切强度贡献薄弱的劣势，有效发挥纳米碳纤维与树脂的良好界面结合能力，直接将纳米碳纤维以毡状形式与微米碳纤维复合，为导电、导热、轻质高强的复合材料提供一种新型的预成型中间体选择；
(2)本发明采用微米碳纤维作为纳米碳纤维层的骨架支撑，一方面降低成本，另一方面提高了整体工艺操作性，采用本发明的复合材料产品可在大幅提高电导率和热导率的同时，最大限度的保持长连续纤维的力学性能，并改善产品的层间强度；
(3)本发明确定了纳米碳纤维和微米碳纤维复合方式和比例，能最大限度的发挥纳米碳纤维和微米碳纤维的综合性能；
(4)本发明可以根据所需产品性能不同要求，进行铺层设计，得到不同性能的预成型中间体；
(5)本发明确定了不同性能所需的优选比例，使最终产品性能优势最大化。
说明书附图
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明工艺流程图。
具体实施方式
本发明如图1所示，由纳米碳纤维层1和微米碳纤维层2交替组合而成，纳米碳纤维层1为单层纳米碳纤维毡构成，微米碳纤维层2由1～4层的微米碳纤维单层组成，每一层微米碳纤维层2中微米碳纤维单层的总数相等、相差1层或相差2层。复合毡中纳米碳纤维层1和微米碳纤维单层总层数的层数比为(x+1)∶x或1∶1～1∶3.5。
以下结合附图2和具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1
制备碳纤维复合材料平板，厚度为3mm，由纳微米碳纤毡铺覆而成，采用RTM用6808中温环氧树脂注射成型。固化后切样测试电导率、热导率和层间剪切强度，制备的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料的具体性能数据如表1所示。
纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为15∶14，纳米碳纤维层采用15层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为16g/m2)，微米碳纤维单层采用14层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)，按[N/Wd]14S铺覆后，在表面增加1层纳米碳纤维层的铺覆，其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
具体实施过程如下：
1、纳米碳纤维层和单向帘子布按尺寸裁剪好。
2、先铺覆1层纳米碳纤维层，接着铺覆1层单向帘子布并压实，此为一个单元。
3、按照铺层顺序[N/W]14S铺覆，并在最外侧增加1层纳米碳纤维层，预压实，保证预压实后的层组厚度在3mm～3.2mm范围内。
4、RTM成型
将铺层组放入平板模具，修整边缘、密封并合模；采用6808RTM中温环氧树脂体系对铺层组进行注胶，注胶工艺参数如下：模具温度55℃±5℃，注射压力0.2MPa～0.3MPa，注射时间3h～6h；固化，固化工艺参数如下：90℃±5℃保温1h；125℃±5℃保温2h，冷却至60℃下脱模。
5、切样检测层间剪切强度。
实施例2
纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为1∶1，纳米碳纤维层采用14层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为16g/m2)，微米碳纤维单层采用14层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)。按实施例[N/Wd]14S铺覆后，在表面增加1层纳米碳纤维层的铺覆，其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能详见表1。
实施例3
纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为1∶3，纳米碳纤维层采用5层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为15g/m2)，微米碳纤维单层采用15层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)，按照铺层顺序[N/Wd/Wd/Wd]5S铺覆，其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能详见表1。
实施例4
纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为1∶2.5，纳米碳纤维层采用6层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为16g/m2)，微米碳纤维单层采用15层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)，按照铺层顺序[N/Wd/Wd/N/Wd/Wd/Wd]3S铺覆，其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
实施例5
纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为1∶3.5，纳米碳纤维层采用4层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为16g/m2)，微米碳纤维单层采用14层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)，按照铺层顺序[N/Wd/Wd/Wd/N/Wd/Wd/Wd/Wd]2S铺覆，其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
实施例6
碳纤维复合材料平板，厚度为3.5mm左右，由纳微米碳纤毡铺覆而成。采用RTM用6808中温环氧树脂注射成型。纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x＝5∶7，纳米碳纤维层采用10层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为16g/m2)，微米碳纤维单层采用14层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)，按照铺层顺序[N/Wd/Wd/N/Wd/N/Wd/Wd/N/Wd/N/Wd]2S铺覆，最后在表面铺1层纳米碳纤维层。按要求铺覆并预压实，预压实后的层组厚度在3.5mm～3.6mm范围内。其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
实施例7
碳纤维复合材料平板，厚度为3.5mm左右，由纳微米碳纤毡铺覆而成。采用RTM用6808中温环氧树脂注射成型。纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x＝5∶6，纳米碳纤维层采用10层纳米碳纤维毡(厚度为0.02mm～0.025mm，面密度为16g/m2)，微米碳纤维单层采用12层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布(厚度为0.2mm±0.01mm，面密度为170g/m2)，按照铺层顺序[N/Wd/N/Wd/N/Wd/Wd/N/Wd/N/Wd]2S铺覆，最后在表面铺1层纳米碳纤维层。按要求铺覆并预压实，预压实后的层组厚度在3.4mm～3.5mm范围内。其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
实施例8
碳纤维复合材料平板，厚度为3.5mm，由纳微米碳纤毡铺覆而成。采用RTM用6808中温环氧树脂注射成型。纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x＝5∶8，纳米碳纤维层采用10层纳米碳纤维毡，微米碳纤维单层采用16层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布，铺层顺序为[N/Wd/Wd/N/Wd/N/Wd/Wd/N/Wd/N/Wd/Wd]2S，最后在表面铺1层纳米碳纤维层。按要求铺覆并预压实，预压实后的层组厚度在3.5mm～3.6mm范围内。其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
实施例9
碳纤维复合材料平板，厚度为3mm，由纳微米碳纤毡铺覆而成。采用RTM用6808中温环氧树脂注射成型。纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数比为1∶2，纳米碳纤维层采用层纳米碳纤维毡7层纳米碳纤维毡，微米碳纤维单层采用14层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布，按照铺层顺序[N/Wd/Wd]7S铺覆并预压实，预压实后的层组厚度在3mm～3.2mm范围内。其余步骤同实施例1，得到的纳微米碳纤维复合毡/6808复合材料性能见表1。
对比例
碳纤维复合材料平板，厚度为3mm，由15层T300-3K碳纤维织成的单向帘子布铺覆而成。采用RTM用6808中温环氧树脂注射成型，制备得到的单向帘子布/6808RTM复合材料性能见表1。
表1
1)从表1中数据可以看出，实例1中比例(x+1)∶x接近1∶1，但由于最外侧是纳米碳纤维层，导电导热性能为实施例2(1∶1)的一倍，但实施例1、2的层间性能提高不明显。由此可见，对于导电导热性能要求高的，在兼顾成本和工艺性的同时，纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数的优选比例为(x+1)∶x，且须保证最外侧均为纳米碳纤维层。
2)从表1中数据可以看出，实例3、4、5中虽导电导热性能仅为实例1比例为(x+1)∶x的一半左右，但层间性能提高明显。即可得出对层间性能要求高时，在兼顾成本和工艺性的同时，纳米碳纤维层与微米碳纤维单层的总层数的优选比例为1∶2.5～1∶3.5，对最外侧是否为纳米碳纤维层无要求。
3)从表1中数据可以看出，实例6、7、8中导电导热性能和层间剪切性能都剧中。即可得出对整体综合性能要求高时，在兼顾成本和工艺性的同时，纳米碳纤维层和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x∈[5∶6，5∶8]，复合毡以纳米碳纤维层与微米碳纤维层交替铺层后，两侧最外层要均为纳米碳纤维层。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (9)
1.一种纳微米碳纤维复合毡，其特征在于：由纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)交替组合而成，所述的纳米碳纤维层(1)为单层纳米碳纤维毡构成，所述的微米碳纤维层(2)由1～4层的微米碳纤维单层组成，每一层微米碳纤维层(2)中微米碳纤维单层的总数相等或相差1～2层；
所述的纳米碳纤维层(1)与微米碳纤维单层的总层数比例满足(x+1)∶x或1∶1～1∶3.5，x为微米碳纤维单层的总层数。
2.根据权利要求1所述的一种纳微米碳纤维复合毡，其特征在于：所述的纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)按照N-W-N-W-…-N-W-N顺序交替铺层，N表示纳米碳纤维层(1)，W表示微米碳纤维层(2)，纳米碳纤维层(1)与微米碳纤维单层的总层数比为(x+1)∶x。
3.根据权利要求1所述的一种纳微米碳纤维复合毡，其特征在于：所述的纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)按照N-W-N-W-…-N-W-N顺序交替铺层，纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x∈[5∶6，5∶8]，y为纳米碳纤维层(1)的层数。
4.根据权利要求1所述的一种纳微米碳纤维复合毡，其特征在于：所述的纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)按照…-N-W-N-W-…顺序交替铺层，纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维单层的总层数比为1∶2.5～1∶3.5。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种纳微米碳纤维复合毡，其特征在于：所述的单层纳米碳纤维毡的厚度为0.015毫米～0.02毫米，微米级纤维单层的厚度为0.2毫米～0.25毫米。
6.一种纳微米碳纤维复合毡的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
制备单层纳米碳纤维毡作为纳米碳纤维层(1)；
制备微米碳纤维单层；
1～4层微米碳纤维单层组成微米碳纤维层(2)；和
将纳米碳纤维层(1)和微米级碳纤维层(2)交替叠放在一起，压实，复合毡中纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维单层总层数的层数比为(x+1)∶x或1∶1～1∶3.5，x为微米碳纤维单层的总层数。
7.根据权利要求6所述的一种纳微米碳纤维复合毡的制备方法，其特征在于：所述纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)按照N-W-N-W-…-N-W-N顺序交替铺层，N表示纳米碳纤维层(1)，W表示微米碳纤维层(2)，纳米碳纤维层(1)与微米碳纤维单层的总层数比为(x+1)∶x。
8.根据权利要求6所述的一种纳微米碳纤维复合毡的制备方法，其特征在于：所述的纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)按照N-W-N-W-…-N-W-N顺序交替铺层，纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维单层的总层数比例满足(y-1)∶x∈[5∶6，5∶8]，y为纳米碳纤维层(1)的层数。
9.根据权利要求6所述的一种纳微米碳纤维复合毡的制备方法，其特征在于：所述的纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维层(2)按照…-N-W-N-W-…顺序交替铺层，纳米碳纤维层(1)和微米碳纤维单层的总层数比为1∶2.5～1∶3.5。
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