CN108503865B - 一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法 - Google Patents

一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，先将表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维进行低温热处理，然后将低温热处理的碳纤维均匀铺展，再将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，最后热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中低温热处理是在温度为250～350℃的条件下保温0.5～15min。本发明的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，热处理温度低、能耗小、处理效果好，处理后表面获得富含可与热塑性树脂基体反应的羧基，有利于碳纤维与尼龙树脂基体的化学键合，大幅提升了碳纤维与尼龙基体的界面性能，提高了制得的复合材料的力学性能，极具应用前景。

Description

一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料制备领域，涉及一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法。
背景技术
相比于碳纤维增强热固性树脂基复合材料，碳纤维增强热塑性树脂(CFRTP)基复合材料具有独特的优点，如成型快、易修复、可回收、成本低、耐极限疲劳性能优异和预浸料存放条件简单的优点，其在航空航天、体育休闲和汽车等领域得到了广泛应用。但是，碳纤维增强热塑性树脂(CFRTP)基复合材料由于本身的特有属性和高加工成型温度，使其与传统碳纤维的界面结合差，从而导致复合材料的整体力学性低，这些正在制约其在一些领域的应用和推广。
尼龙作为一种工程塑料，其不仅具有很好的弹性以及优异的拉伸性能、弯曲性能和压缩强度等力学性能，还具有低温性能优良、化学性能稳定、电绝缘性能优越、易加工成型、能自熄和耐磨性好等特点，广泛的应用于汽车、电子电器、化工、机械仪器仪表和建筑等行业。但是，尼龙在使用过程中易脆化，抗冲击性较差，耐热性和强度也稍低，为了改善尼龙的这些性能，目前常用的方法是采用玻璃纤维来增强尼龙，提高尼龙材料的性能。而玻璃纤维密度较大，增强改性尼龙后得到复合材料密度也随之增大，这会导致产品的市场竞争力下降。同时，受玻璃纤维本身性能限制，采用玻璃纤维改性的尼龙强度提高也有限，在一些性能要求较高的应用领域将受到限制。为了进一步提高改性尼龙复合材料的性能，并使改性材料密度低，使其满足对性能较高领域的应用，可采用碳纤维增强尼龙复合材料来制备。
目前市面上商业化碳纤维大多表面包覆环氧树脂上浆剂，其是针对热固性环氧树脂基体复合材料开发的。但表面包覆热固性树脂的碳纤维与尼龙树脂相容性差或不相容，导致其复合材料性能不佳。这是因为环氧树脂上浆剂不与热塑性聚合物发生化学反应，导致其复合材料层间剪切强度低；此外，热固性环氧树脂上浆剂的成型温度低于250℃，超过250℃环氧树脂上浆剂会降解生成气体，在复合材料表面形成细小微孔，导致复合材料成型失败。
目前对碳纤维进行尼龙树脂增强可行的办法是对涂覆有热固性树脂的碳纤维脱浆。脱浆的方法有溶剂法和烧蚀法，前者需要大量溶剂，后者会产生大量焦油，不仅污染环境，而且去浆后碳纤维会产生大量的毛丝和断丝，导致容易碳纤维的品质的降低。此外，退浆的高温过程会使碳纤维上通过阳极氧化手段获得的含氧官能团脱除，不利于碳纤维与尼龙树脂基体的浸润和界面结合。解决热塑性尼龙树脂用碳纤维的根本出路是改变碳纤维上浆剂的相容性，使其与热塑性尼龙树脂相容。
文章《Composites:Part A》(2016,87,212-219)提出采用改性的热塑性酚氧基树脂作为上浆剂，在商业化碳纤维上进行二次上浆，处理后的碳纤维增强尼龙6复合材料层间剪切强度提高了20.4％，指出上浆剂中含有的酯基与热塑性基体发生了酯交换，形成了新的化学键合作用，从而提高了碳纤维与热塑性树脂的界面性能。但是该方法对碳纤维进行两次上浆，上浆量高达5.2～7.5％，大大增加了碳纤维丝束间的集束性，不利于与热塑性树脂基体间的浸润性；其次热塑性上浆剂本身的可反应基团活性低，与碳纤维间的界面结合力弱，导致了该热塑性上浆剂对碳纤维增强热塑性树脂界面性能提高较小。
因此，开发一种对表面包覆热固性环氧树脂上浆剂的碳纤维进行表面改性以提高其与尼龙树脂相容性的方法极具现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，具体是对表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维的表面改性即对表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维进行低温氧化处理，使其表面富含羧基，提高碳纤维与表面包覆的热固性树脂上浆剂间的界面结合力，提高碳纤维与尼龙基体的相容性。处理后的碳纤维表面富含羧基，再与尼龙基体复合，羧基与尼龙基体存在化学键合作用，能有效改善碳纤维与尼龙树脂的界面结合力，提高复合材料的力学性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，先将表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维进行低温热处理，然后将低温热处理的碳纤维均匀铺展，再将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，最后热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料；
所述低温热处理是指在250～350℃保温0.5～15min。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、石油沥青基碳纤维、煤沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维、细菌纤维素基碳纤维、纤维素基碳纤维和木质素基碳纤维中的一种以上。
如上所述的一种碳纤维增强聚酯复合材料的制备方法，所述热固性树脂上浆剂的成分为环氧树脂及其衍生物、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂和有机硅树脂中的一种以上。本发明的保护范围并不仅限于此，其它的性质类似的上浆剂也可适用于本发明。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述低温热处理是在氧化性气氛中进行。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述氧化性气氛为氧化性气体环境或氧化性气体与惰性气体的混合气体环境，混合气体环境中氧化性气体的体积比大于等于5％。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述氧化性气体为二氧化氮、氯气、二氧化硫、三氧化硫、空气和氧气中的一种以上；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或氡气。本发明的惰性气体并不仅限于此，其它性质类似的气体也可适用于本发明。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述均匀铺展的面密度为60～400g/m2；所述尼龙膜与碳纤维的体积比为8:2～3:7。使用12k的碳纤维束(一捆12000根的集束丝，其纤维直径为5～7μm)可被铺展至约5～50mm的宽度；使用24k碳纤维束(一捆24000根的集束丝，其纤维直径为5～7μm)可被铺展至约5～70mm的宽度；以及使用48k碳纤维束(一捆48000根的集束丝，其纤维直径为5～7μm)可被铺展至约5～100mm的宽度。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述尼龙膜的厚度为10～100μm，其材质为尼龙6、尼龙66、尼龙12或尼龙1010。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述热压粘合的温度为200～300℃，压力为4～7MPa。
如上所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，所述碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为55～75MPa。
发明机理：
与单一热固性树脂在空气中的热老化不同，本发明对表面包覆环氧树脂(热固性树脂)的碳纤维热处理温度为250～350℃。该表面包覆环氧树脂的碳纤维的热氧化具有以下特点：
(1)要满足提高增强尼龙树脂界面性能的要求，碳纤维表面需要富集足够的羧基基团以增强其与尼龙聚酯的结合能力，对表面包覆环氧树脂的碳纤维进行热氧化处理，一方面会因促使环氧树脂不稳定基团如亚甲基和羟基等被氧化成羧基，另一方面会促进碳纤维上原有的含氧官能团与热固性上浆剂的缩水脱合或氧化脱氢作用，从而消耗掉该碳纤维因热氧化处理而新生成的羧基基团。温度低于250℃，热固性树脂表面的亚甲基或羟基的氧化活化能高，导致氧化速率低，因此新生成羧基的速率小于碳纤维与上浆剂间反应造成的羧基消耗的速率，使得碳纤维表面无法富集足够的羧基基团。故本发明的热处理温度大于250℃，才能满足该碳纤维经过热氧化处理后，表面富集大量羧基的要求，利于增强尼龙树脂界面性能的提高。
(2)通过对表面包覆环氧树脂的碳纤维的热氧化处理，提高该碳纤维的热稳定性，避免在后续对尼龙树脂进行250℃以上高温加工成型时，该碳纤维与尼龙树脂的界面因不稳定基团或碳链降解会产生大量的气体在复合材料表面形成细小微孔，降低复合材料界面和整体力学性能。如本发明的热处理温度低于250℃，则无法通过热氧化处理工艺，使一些在尼龙树脂基体成型温度内不稳定的基团或碳链预先分解挥发掉，从而不利于后续复合材料界面的结合。
(3)碳纤维的表面处理技术要匹配现有碳纤维的生产线，因此需短时间内(不超过半小时)产生大量的羧基。如热处理温度低于250℃，表面包覆环氧树脂的碳纤维上的亚甲基或羟基的氧化活化能高，导致氧化速率低，从而无法满足碳纤维的在线生产要求。
(4)当热处理温度达到350℃时，羧基热分解速率与氧化新产生羧基的速率已经达到平衡，如热处理温度超过350℃，表面包覆环氧树脂的碳纤维上的亚甲基和羟基氧化为羧基的降解速率大大提高，羧基热分解速率超过羧基的生成速率，降解消耗的羧基量多于热氧化产生的羧基量，碳纤维表面羧基的量会发生减少，不利于后续增强尼龙树脂的界面性能提高。
本发明通过对表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维进行低温氧化处理，将表面的亚甲基和羟基氧化为可与后续处理的尼龙树脂基体反应的羧基，改善处理后碳纤维与后续处理的尼龙基体间的界面结合作用，此外热固性上浆剂表面氧化产生的羧基还可与碳纤维表面原有的含氧基团脱氢，形成交联，增强碳纤维与热固性上浆剂间的界面作用，从而增强整体复合材料的界面和力学性能。
有益效果：
(1)本发明的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，避免了二次上浆使得碳纤维表面上浆层大大增厚的问题，有利于碳纤维与尼龙树脂浸润性的提高，并改善碳纤维与尼龙树脂的界面结合力，提高制得的复合材料的力学性能；
(2)本发明的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，一方面，避免了去浆工艺对碳纤维带来的损伤，降低了去浆过程对环境的污染；另一方面，保护了碳纤维上原有通过阳极氧化手段获得的含氧官能团，避免了因高温退浆过程造成大量的含氧官能团脱除，从而利于碳纤维与后续的尼龙树脂基体的浸润和界面结合；
(3)本发明的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，在尼龙中复合表面包覆环氧树脂的碳纤维，极大地增强了复合材料的界面性能，极具应用前景。
附图说明
图1为实施例1中低温氧化处理后表面包覆环氧树脂上浆剂的碳纤维的XPS表面化学组成和结构图谱；
图2为对比例1中的高温退浆处理后表面包覆环氧树脂上浆剂的碳纤维的XPS表面化学组成和结构图谱；
图3为未进行处理的表面包覆环氧树脂上浆剂的碳纤维的XPS表面化学组成和结构图谱；
图4为低温氧化处理后表面包覆环氧树脂上浆剂的碳纤维/尼龙66复合材料、未进行处理的表面包覆环氧树脂上浆剂的碳纤维/尼龙66复合材料和高温退浆处理后表面包覆环氧树脂上浆剂的碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆环氧树脂树脂上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维在280℃的氧化性气氛下保温10min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为空气环境，上述处理后得的碳纤维的XPS表面化学组成和结构图谱如图1所示；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为230g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为1:1，尼龙膜的厚度为50μm，材质为尼龙66；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为280℃，压力为6.6MPa。
以JC/T 773-2010为标准测试碳纤维增强尼龙复合材料层间剪切强度(ILSS)数据，测得低温氧化处理的碳纤维/尼龙66的ILSS为70.78MPa。
对比例1
一种碳纤维尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(1)中是对表面包覆环氧树脂树脂上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维进行高温退浆处理，以JC/T 773-2010为标准测试上述压板层间剪切强度(ILSS)数据，测得高温退浆处理的碳纤维/尼龙66的ILSS为46.59MPa，高温退浆处理后的碳纤维的XPS表面化学组成和结构图谱如图2所示。
将未进行任何处理的表面包覆环氧树脂上浆剂的聚丙烯腈基碳纤维与尼龙66薄膜以相同的条件制得碳纤维/尼龙66单向复合材料，后测得未进行处理的碳纤维/尼龙66的ILSS为15.32MPa，未进行处理的碳纤维的XPS表面化学组成和结构图谱如图3所示。
综合图1、2及3分析可以发现，图中284.7和285.6ev的峰代表sp2和sp3的C-C键，286.5～286.7ev的峰代表的是羟基或醚键C-OH&C-O-C，287.5ev的峰代表的是羰基或醌结构上的C＝O键，288.8-289.2ev的峰代表的是羧基或酯基COOH&COO,291.2-291.4ev的峰代表的是π-π*键。分析上述各图可以发现，未进行处理的表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维(图3中的碳纤维)表面有大量的羟基和极其少量的羧基，其中羟基占C-C键的比例为70.8％，羧基仅为1.85％；进行高温脱浆处理后的碳纤维(图2中的碳纤维)表面的含氧基团大大降低，其中羟基降低到35.1％，羧基几乎不变；低温氧化处理后的碳纤维(图1中的碳纤维)，表面的羧基基团比例大大提高，达到8.62％，由此可以发现本申请的改性方法改变了碳纤维表面的官能团，使其表面富含羧基。
低温氧化处理的碳纤维/尼龙66、高温退浆处理的碳纤维/尼龙66及未进行处理的碳纤维/尼龙66的层间剪切强度(ILSS)数据如图4所示，由图4中可以看出本申请的碳纤维表面改性方法显著提升了碳纤维/尼龙66复合材料层压复合板的层间剪切强度，即提高了碳纤维与尼龙树脂基体的的浸润和界面结合力，极大地增强了复合材料的界面性能。
实施例2
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆已内脂改性环氧树脂上浆剂的石油沥青基碳纤维在250℃的氧化性气氛下保温0.5min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化氮环境；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为60g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为8:2，尼龙膜的厚度为100μm，材质为尼龙6；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为200℃，压力为4MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为71MPa。
实施例3
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆乙烯基不饱和聚酯树脂上浆剂的煤沥青基碳纤维在350℃的氧化性气氛下保温15min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为氯气环境；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为400g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:7，尼龙膜的厚度为10μm，材质为尼龙12；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为300℃，压力为7MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为72.5MPa。
实施例4
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆酚醛树脂上浆剂的粘胶基碳纤维在300℃的氧化性气氛下保温5min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化硫环境；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为100g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为5:2，尼龙膜的厚度为30μm，材质为尼龙1010；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为200℃，压力为5MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为55MPa。
实施例5
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆三聚氰胺甲醛树脂上浆剂的酚醛基碳纤维在280℃的氧化性气氛下保温1min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为三氧化硫环境；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为120g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为7:2，尼龙膜的厚度为40μm，材质为尼龙12；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为240℃，压力为5.5MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为58MPa。
实施例6
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆呋喃树脂上浆剂的气相生长碳纤维在320℃的氧化性气氛下保温8min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为氧气环境；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为150g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为4:2，尼龙膜的厚度为40μm，材质为尼龙66；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为250℃，压力为4MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为60MPa。
实施例7
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆聚丁二烯树脂上浆剂的细菌纤维素基碳纤维在310℃的氧化性气氛下保温3min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化氮与氮气的混合气体环境，混合气体环境中二氧化氮的体积比为5％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为200g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为6:2，尼龙膜的厚度为60μm，材质为尼龙66；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为250℃，压力为6MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为75MPa。
实施例8
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆有机硅树脂上浆剂的纤维素基碳纤维在340℃的氧化性气氛下保温9min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为氯气与氩气的混合气体环境，混合气体环境中氯气的体积比为10％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为200g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:2，尼龙膜的厚度为50μm，材质为尼龙1010；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为260℃，压力为7MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为63MPa。
实施例9
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆聚氨酯树脂上浆剂的木质素基碳纤维在290℃的氧化性气氛下保温6min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为三氧化硫与氮气的混合气体环境，混合气体环境中三氧化硫的体积比为20％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为280g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为4:2，尼龙膜的厚度为70μm，材质为尼龙66；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为280℃，压力为6MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为73.5MPa。
实施例10
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆环氧树脂/不饱和聚酯树脂上浆剂(质量比为1:1)的木质素基碳纤维在260℃的氧化性气氛下保温0.8min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化硫与氖气的混合气体环境，混合气体环境二氧化硫的体积比为50％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为100g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:4，尼龙膜的厚度为80μm，材质为尼龙12；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为280℃，压力为7MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为70.8MPa。
实施例11
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆三聚氰胺甲醛树脂/呋喃树脂上浆剂(质量比为1:2)的聚丙烯腈基碳纤维在270℃的氧化性气氛下保温5min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化氮/氯气环境(体积比为1:1)；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为380g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:5，尼龙膜的厚度为70μm，材质为尼龙6；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为300℃，压力为4MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为65MPa。
实施例12
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆聚丁二烯树脂/有机硅树脂上浆剂(质量比2:9)的气相生长碳纤维在290℃的氧化性气氛下保温12min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化氮、氯气与氦气的混合气体环境，混合气体环境中氯气的体积比为5％，二氧化氮的体积比为15％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为300g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:6，尼龙膜的厚度为90μm，材质为尼龙12；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为300℃，压力为7MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为68MPa。
实施例13
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆不饱和聚酯树脂/有机硅树脂上浆剂(质量比1:1)的聚丙烯腈基碳纤维在255℃的氧化性气氛下保温1min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为氯气与氪气的混合气体环境，混合气体环境中氯气的体积比为6％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为300g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:6，尼龙膜的厚度为80μm，材质为尼龙12；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为300℃，压力为7MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为58MPa。
实施例14
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆酚醛树脂/三聚氰胺甲醛树脂上浆剂(质量比2:3)的粘胶基碳纤维在345℃的氧化性气氛下保温14min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化氮与氙气的混合气体环境，混合气体环境中二氧化氮的体积比为70％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为400g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:7，尼龙膜的厚度为100μm，材质为尼龙1010；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为250℃，压力为5MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为72MPa。
实施例15
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆呋喃树脂/有机硅树脂上浆剂(质量比1:3)的酚醛基碳纤维在305℃的氧化性气氛下保温7min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为二氧化硫、氯气与氡气的混合气体环境，混合气体环境中氯气的体积比为15％，二氧化硫的体积比为25％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为300g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:6，尼龙膜的厚度为70μm，材质为尼龙6；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为230℃，压力为4MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为73.4MPa。
实施例16
一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将表面包覆聚丁二烯树脂/酚醛树脂上浆剂(质量比3:1)的细菌纤维素基碳纤维在255℃的氧化性气氛下保温4min制得低温热处理的碳纤维，其中氧化性气氛为三氧化硫、氧气与氡气的混合气体环境，混合气体环境中三氧化硫的体积比为2％，氧气的体积比为4％；
(2)低温热处理的碳纤维均匀铺展后将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，其中均匀铺展的面密度为240g/m2，尼龙膜与碳纤维的体积比为3:7，尼龙膜的厚度为80μm，材质为尼龙1010；
(3)热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，其中热压粘合的温度为280℃，压力为7MPa。
制得的碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为73.6MPa。

Claims (9)

1.一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征是：先将表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维进行低温热处理，然后将低温热处理的碳纤维均匀铺展，再将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，最后热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料；
所述热固性树脂上浆剂的成分为环氧树脂；所述低温热处理是指在250～350℃保温0.5～15min。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、石油沥青基碳纤维、煤沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维、细菌纤维素基碳纤维、纤维素基碳纤维和木质素基碳纤维中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述低温热处理是在氧化性气氛中进行。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化性气氛为氧化性气体环境或氧化性气体与惰性气体的混合气体环境，混合气体环境中氧化性气体的体积比大于等于5％。
5.根据权利要求4所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化性气体为二氧化氮、氯气、二氧化硫、三氧化硫、空气和氧气中的一种以上；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或氡气。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述均匀铺展的面密度为60～400g/m2；所述尼龙膜与碳纤维的体积比为8:2～3:7。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述尼龙膜的厚度为10～100μm，其材质为尼龙6、尼龙66、尼龙12或尼龙1010。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述热压粘合的温度为200～300℃，压力为4～7MPa。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维增强尼龙复合材料的层间剪切强度为55～75MPa。
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