碳纤维复合材料结构、航天飞行器零部件及汽车零部件

技术领域

本实用新型涉及复合材料结构领域，具体地，涉及碳纤维复合材料结构、航天飞行器零部件及汽车零部件。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料因其优异的比强度和比模量，是制造航天航空、汽车零部件、整装产品及其他高新器材的优良材料。在碳纤维增强复合材料所有基体中，环氧树脂凭借其较好的成型工艺性、固化产物的性能稳定性、较好的耐腐蚀性和化学性而广泛地应用于粘结剂、耐化学腐蚀性涂料、电气绝缘材料、玻璃钢以及碳纤维等复合材料。但是环氧树脂具有高度交联结构，因而存在质脆、耐热性差、抗冲击韧性差等缺点，使得碳纤维增强树脂复合材料在使用过程中容易产生层间缺陷，进而使其应用受到一定限制。

聚双环戊二烯是一种新型的绿色高分子工程塑料，其质轻且综合性能优越，尤其具备高模量、高抗冲击强度和高抗蠕变性能等特点，相比环氧树脂，复合材料产品的高韧化效果更为明显。但是其与市面上出售的碳纤维适配性较差，载荷在基体树脂与增强纤维之间传递效率较低，导致以其基体的碳纤维复合材料的性能优势无法发挥。故需要解决聚双环戊二烯与碳纤维适配性问题，实现兼具高韧性和高强度的碳纤维复合材料结构。目前现有技术参考如下：

专利文献CN102107535A涉及一种碳纤维增强的树脂基复合材料结构件的制备方法，包括以下的步骤：(1)利用拉挤成型工艺制备微径碳纤维杆，直径为0.3mm至0.5mm；(2)采用数控植入机按照设计的方向和分布密度将碳纤维植入泡沫载体中；(3)借助超声辅助植入设备将微径碳纤维杆从泡沫载体导入树脂基复合材料预浸料坯件，碳纤维杆与树脂基复合材料的体积比是0.44％-3.14％；(4)除去泡沫后将微径碳纤维杆与预浸料坯件共固化，得到多向增强的树脂基复合材料共固化构件。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种碳纤维复合材料结构、航天飞行器零部件及汽车零部件。

根据本实用新型提供的一种碳纤维复合材料结构，包括：基材层、传递层、保护层以及增强层；

所述基材层和所述增强层之间设置传递层和保护层，所述传递层连接基材层，所述保护层连接增强层；

所述基材层采用聚双环戊二烯，所述传递层采用酸酐类固化剂固化双酚A型环氧树脂，所述保护层采用水性环氧类乳液上浆剂，所述增强层采用碳纤维；

复合材料在破坏过程中，所述基材层首先发生塑性变形，结构呈韧性断裂模式，载荷进一步依次通过传递层和保护层传递到增强层中，直至增强层的断裂失效。其中，保护层与基材层无法实现良好的界面结合，所以所述传递层相当于桥梁作用，能良好实现力在基材层和增强层的最终传递。

优选地，所述保护层是增强层质量的1.0％-1.5％。

优选地，所述传递层是增强层质量的3％-5％。

优选地，所述基材层是增强层质量的40％-60％。

优选地，所述碳纤维复合材料结构可用于航天飞行器零部件和汽车零部件。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本申请通过传递层和保护层解决碳纤维增强树脂复合材料在使用过程中容易产生层间缺陷的问题，实现兼具高韧性和高强度的碳纤维复合材料结构。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为碳纤维复合材料结构示意图(一)；

图2为碳纤维复合材料结构示意图(二)；

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括：基材层1、传递层2、保护层3以及增强层4；基材层1和增强层4之间设置传递层2和保护层3，传递层2连接基材层1，保护层3连接增强层4，基材层1采用聚双环戊二烯，传递层2采用酸酐类固化剂固化双酚A型环氧树脂，保护层3采用水性环氧类乳液上浆剂，增强层4采用碳纤维。保护层3是增强层4质量的1.0％-1.5％，传递层2是增强层4质量的3％-5％，基材层1是增强层质量的40％-60％。

本实施例可用作风电叶片的拉挤成型所制备板材、新能源汽车电池盒防护的RTM工艺所制备板材、空投的模压成型所制备箱形件。

实施例2

实施例2作为实施例1的优选例。

如图1和图2所示，本实施例所要解决的技术问题是在已经商品化的碳纤维表面构建刚-柔结构，实现兼具高韧性和高强度的碳纤维复合材料结构。

为实现上述目的本实施例包括：基材层1、传递层2、保护层3以及增强层4；保护层3是增强层4质量的1.5％，传递层2是增强层4质量的3％，基材层1是增强层4质量的50％。

基材层1为聚双环戊二烯，具有较高的冲击韧性；传递层2为邻苯二甲酸酐固化双酚A型环氧树脂，环氧值为0.51，传递层2和基材层1的粘结依靠复材成型过程的高温高压，促使两者相互渗透形成新的界面。保护层3为水性环氧树脂乳液，增强层4为碳纤维，传递层2是通过二次上浆工艺在保护层3外形成的新涂层，基材层1为通过真空辅助灌注成型、湿法模压等复合材料成型工艺在传递层2表面负载的高韧性聚双环戊二烯树脂。保护层3和传递层2的粘结，依靠保护层3和传导层2都有环氧基团，在酸酐固化剂的作用下完成共固化。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。