CN111648027A - 一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板及其制备方法 - Google Patents

一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板及其制备方法。所述碳纤维层合板包括在与长度方向呈夹角θ的两个方向上铺设的碳纤维，还包括在长度方向上、与长度方向垂直的方向上，或者与长度方向呈夹角θ的两个方向相垂直的两个方向上铺设的碳纤维。本发明通过设计新型铺设结构，提出[±θm/0n]s、[±θm/0n/90n]s、[θm/(90+θ)n/‑θm/(90‑θ)n]s等新型铺设结构，使碳纤维层合板发生平稳的渐进损伤过程，并增强其在其他方向的承载能力，增强材料的各向承载力及其伪延性；可以通过调整θ的大小，获得在不同方向上具有不同的拉伸强度和伪延性的碳纤维层合板，满足不同的需求；所述碳纤维层合板的制备方法操作简单，便于工业生产。

Description

一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板及其制备 方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板及其制备方法。
背景技术
正所谓“一代材料、一代装备”，因此新材料产业是国家战略性新兴产业之一， 决定着一个国家的装备发展水平。欧美等发达国家十分重视新材料技术发展，提出了 明确的发展计划，如德国工业4.0、美国的国家纳米技术计划和材料基因组计划等。其 中碳纤维复合材料(CFRP)作为新型军民两用材料，是实现航空航天装备轻量化，加 速建筑、能源、交通等行业发展的重要保障。
然而，传统碳纤维复合材料强度和韧性的互斥性是长期以来困扰其设计领域的重要问题之一。虽然CFRP具有重量轻、强度大、模量高等优点，但其脆性本质以及较 弱的剩余强度在一定程度上限制了其应用扩展。例如，由于轻微冲击造成CFRP内部 局部的结构损伤，此时虽然外观完好，但容易在未出现明显损伤预警且远低于设计载 荷的负载作用下发生脆性断裂，如CFRP风力机叶片和自行车结构的断裂现象。为了 确保安全，相比于其他韧性较好的材料，CFRP的最大许用应力往往采用更大的安全系 数。这一设计局限性不仅使CFRP的性能优势不能得以充分发挥，同时使其不适合应 用于一些载荷条件不易预测的场合。
因此，能够同时增强增韧的材料设计理念是研究高性能CFRP长期以来的一个悬而未决的挑战，即如何使CFRP具有类似于金属材料的非线性渐进失效过程令其在最 终破坏前具有明显的失效预警现象，即，使CFRP从脆性失效模式转变为伪延性失效 模式，在CFRP失效断裂前产生伪延性应变，实现增韧，如图1所示。实际应用中大 多数复合材料结构会设计成[±45]ns或[45/0/-45/90]ns的准各向同性层合板，以承受不 同方向的载荷。但是这类准各向同性层合板由于纤维铺设角度较大，导致其弹性模量 和失效应力相对较低。因此，有学者提出通过减少纤维与载荷方向的夹角来改善这一 问题。鉴于超薄碳纤维预浸料在抑制层合板损伤扩展方面的优良性能，有人通过拉伸 实验研究了不同角度的小角度铺设超薄碳纤维预浸料层合板([±θ]5s)，发现由于基体材 料的塑性变形，纤维相对于载荷方向发生旋转，如图2所示，得到了明显的非线性应 力应变响应。其中[±25]5s和[±30]5s两种层合板的伪延性应变分别达到了1.2％和 2.88％，同时保证了较高的纵向拉伸强度。(Pseudo-ductility and damage suppression in thin ply CFRP angle-plylaminates.J.D.Fuller,M.R.Wisnom.Composites:Part A 69(2015) 64–71.)
然而，这种小角度铺设结构虽然提高了纵向的强度和模量，且由于纤维方向重构实现了其非线性力学性能，但是由于没有纤维的多重断裂，并未出现平稳的渐进损伤 过程(如图3c和3d)。而且由于角度较小，造成材料在其他方向承载能力较弱，且无 伪延展性。因此，如何改善铺设结构以及优化设计纤维角度，使角铺设结构材料在不 同方向都具备呈平稳渐进损伤过程的非线性力学响应，以及提高碳纤维混合铺设结构 的伪延展性，这些都是亟需解决的问题。
增加碳纤维增强复合材料的延展性的一种快捷且直接的方法就是采用其他延性较 好的纤维与碳纤维混杂构成混杂复合材料。也就是基体中含有两种或两种以上的增强纤维，即低延伸率纤维(LE)和高延伸率纤维(HE)。其中LE纤维通常先断裂，HE 纤维在前者断裂的情况下能继续承载。最常见混杂组合结构的有三种形式，即层间混 合铺设、层内混合编织、层内纤维混合，如图4所示。一般来说，碳纤维属于LE。碳 纤维与其他HE混杂制成纤维混杂复合材料后，当材料拉伸失效时，碳纤维先断裂， HE在碳纤维断裂后继续承载外力直至其断裂，即出现了纤维多重断裂现象。以碳纤维 -玻璃纤维混杂复合材料为例，不同的混杂组合结构对材料的力学性能有明显影响，当 材料失效时出现的破坏模式也不同，如图3所示。近年来由于超薄碳纤维预浸料工艺 的不断发展，关于其优越力学性能多有报道，由于其较低的能量释放率，使其能够通 过抑制分层破坏和整体断裂，延迟复合材料的最终失效，从而具有更高的许用设计应 变。但是，目前的超薄碳纤维预浸料仍然不能满足某些领域，如航空航天、汽车及能 源等行业，对材料强度和韧性的综合要求。
另一方面，非连续性碳纤维增强复合材料，是将传统的连续纤维预浸料通过机械高频切割的方法制成取向非连续碳纤维预浸料，并固化得到取向非连续复合材料。非 连续纤维结构在提高材料成型流动性的同时，也改善了复合材料的失效特征和吸能特 性。但是，目前的非连续纤维结构都是通过在预浸料中引入与纤维方向垂直的切口， 削弱了材料的强度，容易在较低载荷水平下出现切口破坏，未能充分发挥碳纤维的高 强度特性。
本发明将针对CFRP强度和韧性的互斥性问题，提出新型纤维小角度铺设结构， 结合非连续纤维结构在提高材料损伤容量时的优良表现，开展高性能伪延性碳纤维复 合材料的研究，为实现其设计及应用提供新的理论和技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，鉴于航空航天、汽车及能源等行业对碳纤维复合材料的重大实际需求，以及现阶段关于高性能伪延性碳纤维复合材料研究中存 在的问题，设计新型铺设结构，提供一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板， 使碳纤维层合板发生平稳的渐进损伤过程，并增强其在其他方向的承载能力，增强材 料的各向承载力及其伪延性。
本发明的另一个目的在于，提供上述基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板的制备方法。
本发明提供一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板，所述谈纤维层合板包括在与长度方向呈夹角θ的两个方向(简称θ方向和﹣θ方向)上铺设的碳纤维，还包 括在长度方向(简称0°方向)上、与长度方向垂直的方向(简称90°方向)上，或者 与长度方向呈夹角θ的两个方向相垂直的两个方向(简称θ+90方向和﹣θ+90方向)上铺 设的碳纤维。
进一步的，所述碳纤维层合板选用的超薄层碳纤维预浸料的厚度仅为 0.02mm-0.06mm。
进一步的，所述碳纤维层合板具有高模量碳纤维和低模量碳纤维混杂结构，其混杂组合方式为层间混合铺设或层内混合编织。
进一步的，所述碳纤维层合板选用的超薄层碳纤维预浸料通过机械切割得到非连续纤维结构，切割时的切口方向与纤维方向之间的夹角为α，α＝11.3°。
更进一步的，部分切口与纤维方向向左偏转α角，另一部分切口与纤维方向向右偏转α角，且方向相同的切口间交错分布，呈双向交错分布结构。此时，从纤维方向上来 看切口呈现两个角度的变化，可称呼为双角切口，如图5所示。
本发明还提供上述基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板的制备方法，所述方法包括以下步骤：
第一步，将碳纤维预浸料在25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具；
第二步，按照设计的铺设结构在下模具面上铺设碳纤维预浸料；
第三步，覆盖上模具，对模具进行密封，并对模具抽真空；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到基 于超薄碳纤维预浸料的高性能碳纤维层合板。
进一步的，上述第一步中，根据设计要求，将切割设计图纸导入计算机，通过数 控裁床裁切碳纤维预浸料。
进一步的，上述第二步中需要在铺设碳纤维预浸料时去除预浸料两侧表面的隔离塑料膜和离型纸。
进一步的，上述第二步中，在铺设碳纤维预浸料时，根据设计的高模量碳纤维-低模量碳纤维混杂组合结构，先后铺设高模量碳纤维预浸料和低模量碳纤维预浸料，或 铺设高模量碳纤维预浸料与低模量碳纤维预浸料编织后的编织产物。当先后铺设高模 量碳纤维预浸料和低模量碳纤维预浸料时，高模量碳纤维和低模量碳纤维呈层间混合 铺设；当铺设高模量碳纤维预浸料与低模量碳纤维预浸料编织的编织产物时，高模量 碳纤维和低模量碳纤维呈层内混合编织。
进一步的，上述第三步中，对模具密封前要将吸胶毡铺设在上模具表面。密封模具的操作包括：沿着模具边缘粘贴密封胶条；将真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去 密封胶条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上。
角铺设结构的碳纤维层合板，即具有[±θn]s铺设结构的碳纤维层合板，在收到拉力 时，随着拉力的增大，碳纤维会发生旋转，由±θ方向逐渐向0°方向偏转。图7显示了 具有[±30]5s铺设结构的碳纤维层合板的纤维旋转现象。碳纤维在发生旋转时，会吸收 能量，使材料显现出一定的韧性，并产生不同的应变。具有不同铺设角度θ的[±θn]s碳 纤维层合板，其应力应变特性和纤维旋转特性不同，如图8所示。碳纤维发生旋转时吸 能，体现在应力应变曲线上就是一个不太明显的弯曲。如图6所示，从具有[±20]5s、[± 25]5s、[±40]5s结构的三种碳纤维层合板的应力应变曲线中可知，随着铺设角度θ的增 加，碳纤维层合板在拉伸时产生的形变也越大，但其拉伸强度会降低。
具有[±θm/0n]s铺设结构(以一层θ方向、一层0°方向、一层﹣θ方向的顺序共铺设m层θ方向的碳纤维、n层0°方向的碳纤维和m层﹣θ方向的碳纤维，然后以一层﹣θ方 向、一层0°方向、一层θ方向的顺序共铺设m层﹣θ方向的碳纤维、n层0°方向的碳纤 维和m层θ方向的碳纤维)的碳纤维层合板，在受到拉力时，随着拉力的增大，首先发 生0°方向的碳纤维的断裂，然后±θ方向的碳纤维在快速旋转后断裂。这样就发生了 碳纤维的多重断裂现象，结合分层结构破坏，就发生了如图3c或3d所述的平稳的渐进 损伤过程。
具有[±θm/0n/90n]s铺设结构(以一层θ方向、一层0°方向、一层﹣θ方向、一层90°方向的顺序共铺设m层θ方向的碳纤维、n层0°方向的碳纤维、m层﹣θ方向的碳纤维和 n层90°方向的碳纤维，然后以一层90°方向、一层﹣θ方向、一层0°方向、一层θ方 向的顺序共铺设n层90°方向的碳纤维、m层﹣θ方向的碳纤维、n层0°方向的碳纤维和 m层θ方向的碳纤维)的碳纤维层合板，除了具有与具有[±θm/0n]s铺设结构的碳纤维层 合板类似的碳纤维的多重断裂现象，发生了如图3c所述的平稳的渐进损伤过程之外， 因为在90°方向(Y方向)上引入了碳纤维，其在Y方向上的拉伸强度和模量都得到了 很大的提升。但其在Y方向上，并没有发生如图3c或3d所述的平稳的渐进损伤过程。
具有[θm/(90+θ)n/-θm/(-θ+90)n]s铺设结构(以一层θ方向、一层90+θ方向、一层﹣θ 方向、一层-θ+90方向的顺序共铺设m层θ方向的碳纤维、n层90+θ方向的碳纤维、m层 ﹣θ方向的碳纤维和n层-θ+90方向的碳纤维，然后以一层-θ+90方向、一层﹣θ方向、一 层90+θ方向、一层θ方向的顺序共铺设n层-θ+90方向的碳纤维、m层﹣θ方向的碳纤维、 n层90+θ方向的碳纤维和m层θ方向的碳纤维)的碳纤维层合板，具有与0°方向呈不同 夹角的碳纤维。在受到拉力时，随着拉力的增大，首先，与0°方向的夹角最小的碳纤 维在发生一定偏转后断裂；然后，与0°方向的夹角第二小的碳纤维在继续发生一定偏 转后断裂；依次类推直至所有碳纤维都发生断裂。这样就发生了碳纤维的多重断裂现 象，且是更多重的断裂，结合分层结构破坏，就发生了如图3c或3d所述的平稳的渐进 损伤过程。同时，因为其中存在与90°方向夹角不大(当θ为25°时，90+θ方向与90° 方向呈25°夹角)，因此，其在Y方向上具有与X方向类似力学性能和伪延性特征。
在引入纤维混杂结合或非连续纤维结构后，会在碳纤维层合板中引入更多重的纤维断裂现象，发生如图3c或3d所述的平稳的渐进损伤过程。使其具有更加显著的伪延 性特征。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过设计新型铺设结构，提出[±θm/0n]s、[±θm/0n/90n]s、[θm/(90+θ)n /-θm/(-θ+90)n]s等新型铺设结构，使碳纤维层合板发生平稳的渐进损伤过程，并增强其在其他方向的承载能力，增强材料的各向承载力及其伪延性；
2、本发明中的具有[θ/(90+θ)/-θ/(-θ+90)]ns结构的新型碳纤维层合板，可以通过调 整θ的大小，获得在不同方向上具有不同的拉伸强度和伪延性的碳纤维层合板，可适用 于多种技术领域，满足不同的需求；
3、所述碳纤维层合板的制备方法操作简单，便于工业生产。
附图说明
图1为碳纤维层合板伪延展性示意图；
图2为碳纤维层合板受到拉力时纤维发生旋转的示意图；
图3为碳纤维-玻璃纤维混杂复合材料的破坏模式示意图及应力应变曲线示意图：(a)整体断裂，(b)分层破坏，(c)碳纤维多重断裂，(d)碳纤维多重断裂及分 层破坏；
图4为混杂复合材料的三种主要混杂组合结构：(a)层间混合铺设，(b)层内混合编织，(c)层内纤维混合
图5为碳纤维预浸料非连续纤维切口分布示意图，其中，l为切割后纤维在纤维方向 上的长度，d为切口在垂直于纤维方向上的长度，α为切口与纤维方向偏转的夹角 (0°<α<90°)；
图6为具有[±20]5s、[±25]5s、[±40]5s结构的三种碳纤维层合板的应力应变曲线： A:[±20]5s，B:[±25]5s，C:[±40]5s；
图7为具有[±30]5s结构的碳纤维层合板的纤维旋转实测图
图8为不同角度铺设结构对层合板应力应变及纤维旋转性能的影响：(a)x、y应力应变曲线，(b)纤维旋转性能；
图9为办发明所述部分铺设结构的设计示意图；
图10为本发明实施例1中具有[±25/0]5s结构的碳纤维层合板的应力应变曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合具体实施例和附图进行说明，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人 员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实例。
实施例1
本实施例中制备了不同铺设角度θ的具有[±θ/0]5s结构的碳纤维层合板，其中碳纤 维预浸料是在市场上买到的碳纤维的环氧树脂预浸料。具体内容包括：
第一步，根据实验需求，从冷柜取出合格的碳纤维预浸料，在室温25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具，其中，θ分别如表1所示；
第二步，模具表面清洁，用酒精擦拭上下模具外表面；按照设计结构，首先按照θ方向、0°方向、﹣θ方向的顺序铺设15层，再按照﹣θ方向、0°方向、θ方向的顺序铺 设15层，每铺设一层揭去预浸料两侧表面的隔离塑料薄膜和离型纸；
第三步，揭去最外层预浸料离型纸，覆盖上模具；将吸胶毡铺设在上模具表面， 沿着模具边缘粘贴密封胶条；将准备好的真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶 条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上，连接真空抽嘴；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到具 有[±θ/0]5s结构的碳纤维层合板。
表1实施例1-3中不同样品中的铺设角度θ
样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
铺设角度θ/° 5 10 15 20 25 30 35 40 45
其中，具有[±25/0]5s结构的碳纤维层合板的应力应变曲线如图10所示，表2中还提 供了其X或Y拉伸强度、X或Y延展性，可见其出现了平稳的渐进损伤过程，具有明显 的伪延性特征，但仅限于在X方向上。同时，随着铺设角度θ的增大，碳纤维层合板的 伪延性越明显。
实施例2
本实施例中制备了不同铺设角度θ的具有[θ/(θ+90)/﹣θ/(-θ+90)n]5s结构的碳纤维层 合板，其中碳纤维预浸料是在市场上买到的碳纤维的环氧树脂预浸料。具体内容包括：
第一步，根据实验需求，从冷柜取出合格的碳纤维预浸料，在室温25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具，其中，θ分别如表1所示；
第二步，模具表面清洁，用酒精擦拭上下模具外表面；按照设计结构，首先按照θ方向、θ+90方向、﹣θ方向、﹣θ+90方向的顺序铺设20层，再按照﹣θ+90方向、﹣θ方 向、θ+90方向、θ方向的顺序铺设20层，每铺设一层揭去预浸料两侧表面的隔离塑料薄 膜和离型纸；
第三步，揭去最外层预浸料离型纸，覆盖上模具；将吸胶毡铺设在上模具表面， 沿着模具边缘粘贴密封胶条；将准备好的真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶 条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上，连接真空抽嘴；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到具 有[±θ/θ+90/﹣θ+90]5s结构的碳纤维层合板。
经过具有[±θ/θ+90/﹣θ+90]5s结构的碳纤维层合板力学性能的测试，当θ为20°或25°是其力学性能和伪延性最好。对其中，在表2中给出了具有[25/115/-25/65]5s结构的碳纤维层合板的X、Y拉伸强度和X、Y延展性，可知其在X、Y方向上都具有明显的相 近的延展性，且其Y拉伸强度高于具有[±25]5s结构的碳纤维层合板的Y拉伸强度，但 其X拉伸强度相对于具有[±25]5s结构的碳纤维层合板的X拉伸强度有所降低。具有
[25/115/-25/65]5s结构的碳纤维层合板在X和Y方向上具有相近的力学特性。
表2不同铺设机构的X、Y方向的力学性能对比表
铺设结构 X拉伸强度/Mpa X延展性/％ Y拉伸强度/Mpa Y延展性/％
[±25]5s 920 3.55 450 1.1
[±25/0]5s 815 4.1 420 1
[25/115/-25/65]5s 615 3.8 610 3.7
对比例
本实施例中制备了不同铺设角度θ的具有[±25]5s结构的碳纤维层合板，其中碳纤 维预浸料是在市场上买到的碳纤维的环氧树脂预浸料。具体内容包括：
第一步，根据实验需求，从冷柜取出合格的碳纤维预浸料，在室温25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具；
第二步，模具表面清洁，用酒精擦拭上下模具外表面；按照设计结构，首先按照25°方向、﹣25°方向的顺序铺设10层，再按照﹣25°方向、25°方向的顺序铺设10 层，每铺设一层揭去预浸料两侧表面的隔离塑料薄膜和离型纸；
第三步，揭去最外层预浸料离型纸，覆盖上模具；将吸胶毡铺设在上模具表面， 沿着模具边缘粘贴密封胶条；将准备好的真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶 条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上，连接真空抽嘴；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到具 有[±25]5s结构的碳纤维层合板。
对其进行力学性能测试，测试结果如表2所示。
实施例3
本实施例中制备了不同铺设角度θ的具有[±25/0/90]5s结构的碳纤维层合板，其中 碳纤维预浸料是在市场上买到的碳纤维的环氧树脂预浸料。具体内容包括：
第一步，根据实验需求，从冷柜取出合格的碳纤维预浸料，在室温25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具；
第二步，模具表面清洁，用酒精擦拭上下模具外表面；按照设计结构，首先按照25°方向、0°方向、﹣25°方向、90°方向的顺序铺设20层，再按照90°方向、﹣25° 方向、0°方向、25°方向的顺序铺设20层，每铺设一层揭去预浸料两侧表面的隔离塑 料薄膜和离型纸；
第三步，揭去最外层预浸料离型纸，覆盖上模具；将吸胶毡铺设在上模具表面， 沿着模具边缘粘贴密封胶条；将准备好的真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶 条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上，连接真空抽嘴；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到具 有[±25/0/90]5s结构的碳纤维层合板。
经过力学性能测试，其Y拉伸强度高于具有[±25]5s结构的碳纤维层合板的Y拉伸强度，约为800Mpa。
实施例4
本实施例中制备了不同模量的碳纤维混杂结构的具有[25/115/-25/65]5s结构的碳纤 维层合板，其中碳纤维预浸料是在市场上买到的碳纤维的环氧树脂预浸料，高模量碳纤维预浸料的模量为780GPa，低模量碳纤维预浸料的模量为294GPa。具体内容包括：
第一步，根据实验需求，从冷柜取出合格的碳纤维预浸料，在室温25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具；
第二步，模具表面清洁，用酒精擦拭上下模具外表面；按照设计结构，首先按照25°方向、0°方向、﹣25°方向、90°方向的顺序先铺设8层低模量碳纤维预浸料后 铺设12层高模量碳纤维预浸料，再按照90°方向、﹣25°方向、0°方向、25°方向的 顺序先铺设12层高模量碳纤维预浸料后铺设8层低模量碳纤维预浸料，每铺设一层揭去 预浸料两侧表面的隔离塑料薄膜和离型纸；
第三步，揭去最外层预浸料离型纸，覆盖上模具；将吸胶毡铺设在上模具表面， 沿着模具边缘粘贴密封胶条；将准备好的真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶 条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上，连接真空抽嘴；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到高 模量-低模量碳纤维混杂的具有[25/115/-25/65]5s结构的碳纤维层合板。
实施例5
本实施例中制备了基于非连续纤维结构的碳纤维混杂结构的具有[25/115/-25/65]5s 结构的碳纤维层合板，其中碳纤维预浸料是在市场上买到的碳纤维的环氧树脂预浸料。
具体内容包括：
第一步，根据实验需求，从冷柜取出合格的碳纤维预浸料，在室温25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具；根据设计要求，将切割设计图纸导入计算机， 通过数控裁床裁切碳纤维预浸料；其中，切口为双角切口，切割时的切口方向与纤维 方向之间的夹角为11.3°。
第二步，模具表面清洁，用酒精擦拭上下模具外表面；按照设计结构，首先按照25°方向、0°方向、﹣25°方向、90°方向的顺序铺设20层，再按照90°方向、﹣25° 方向、0°方向、25°方向的顺序铺设20层，每铺设一层揭去预浸料两侧表面的隔离塑 料薄膜和离型纸；
第三步，揭去最外层预浸料离型纸，覆盖上模具；将吸胶毡铺设在上模具表面， 沿着模具边缘粘贴密封胶条；将准备好的真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶 条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上，连接真空抽嘴；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到基 于非连续纤维结构的具有[25/115/-25/65]5s结构的碳纤维层合板。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板，其特征在于，所述碳纤维层合板包括在与长度方向呈夹角θ的两个方向上铺设的碳纤维，还包括在长度方向上、与长度方向垂直的方向上，或者与长度方向呈夹角θ的两个方向相垂直的两个方向上铺设的碳纤维。
2.根据权利要求1所述的所述基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板，其特征在于，碳纤维层合板选用的超薄层碳纤维预浸料的厚度仅为0.02mm-0.06mm。
3.根据权利要求1所述的所述基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板，其特征在于，所述碳纤维层合板具有高模量碳纤维和低模量碳纤维混杂结构，其混杂组合方式为层间混合铺设或层内混合编织。
4.根据权利要求1所述的所述基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板，其特征在于，所述碳纤维层合板选用的超薄层碳纤维预浸料通过机械切割得到非连续纤维结构，切割时的切口方向与纤维方向之间的夹角为α，α＝11.3°。
5.根据权利要求4所述的所述基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板，其特征在于，部分切口与纤维方向向左偏转α角，另一部分切口与纤维方向向右偏转α角，且方向相同的切口间交错分布，呈双向交错分布结构。
6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的基于超薄纤维预浸料的高性能碳纤维层合板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第一步，将碳纤维预浸料在25℃±2℃中放置10小时以上做软化调节，并清洁模具；
第二步，按照设计的铺设结构在下模具面上铺设碳纤维预浸料；
第三步，覆盖上模具，对模具进行密封，并对模具抽真空；
第四步，按照设计的成型工艺完成高温成型，打开模具，取出复合材料，得到基于超薄碳纤维预浸料的高性能碳纤维层合板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一步中，根据设计要求，将切割设计图纸导入计算机，通过数控裁床裁切碳纤维预浸料。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二步中需要在铺设碳纤维预浸料时去除预浸料两侧表面的隔离塑料膜和离型纸。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二步中，在铺设碳纤维预浸料时，根据设计的高模量碳纤维-低模量碳纤维混杂组合结构，先后铺设高模量碳纤维预浸料和低模量碳纤维预浸料，或铺设高模量碳纤维预浸料与低模量碳纤维预浸料编织后的编织产物。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第三步中，对模具密封前要将吸胶毡铺设在上模具表面；密封模具的操作包括：沿着模具边缘粘贴密封胶条；将真空袋膜铺设在吸胶毡上，逐步揭去密封胶条的隔离纸，将真空袋膜紧密地贴合在密封胶条上。
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