本发明属于预浸料，尤其涉及一种碳纤维预浸料及其制备方法和在翼片结构件中的应用。
背景技术：
1、碳纤维预预浸料是通过现代化工艺将碳纤维与树脂粘合在一起形成一种坚固、坚硬的树脂基纤维增强复合材料，也称为碳纤维预浸布。碳纤维预浸料结合了碳纤维的高强度、高模量以及树脂基体的良好黏结性和加工性，使得复合材料整体具有极高的强度和刚度。且由于碳纤维的密度小，碳纤维预浸料制成的复合材料在保持极高的强度的同时，还具有重量轻的特点。
2、在航空航天领域，减轻机身和翼片的质量一直是提高燃油效率和运营效益的关键。碳纤维预浸料以其高强度、低密度的特性，成为减轻翼片重量的理想材料。且碳纤维预浸料制成的翼片不仅质量轻，而且具有优异的力学性能和抗疲劳性能，能够提升飞行器的整体性能。
3、为进一步提升翼片结构件的性能，碳纤维预浸料还可以结合其他功能化粒子进行改性，以提升其整体性能。例如，碳纳米管具有极高的强度和刚度，将其添加到预浸料中可以显著提高复合材料的整体强度和刚度，这对于翼片这种需要承受较大气动载荷和机械应力的部件尤为重要；且碳纳米管具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，可使翼片更适用于在复杂环境中长期使用，并能减少因腐蚀和磨损导致的维修和更换成本。
4、碳纳米管的加入可以显著提高预浸料及其复合材料的拉伸强度、模量、抗冲击性等力学性能，但是未经改性的碳纳米管在树脂基体中容易团聚，分散不够均匀，从而能严重影响其对复合材料的增强性能。因此在制备碳纤维预预浸料的过程中，需要采取适当的措施来确保碳纳米管在基体材料中的均匀分散和良好结合。
技术实现思路
1、本发明提供了一种碳纤维预浸料及其制备方法和在翼片结构件中的应用，本发明碳纤维预浸料中二氧化钛/碳纳米管复合材料分散性好，且与环氧树脂之间的结合力强，且稳定性高，采用本发明碳纤维预浸料制备翼片结构件，可使翼片结构件具有优异的力学性能，且适用于在复杂环境中长期使用。
2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
3、一种碳纤维预浸料，包括以下重量百分比的原料：碳纤维布55-65％、环氧树脂混合物35-45％；
4、所述环氧树脂混合物包括以下重量份的原料：环氧树脂100份、二氧化钛/碳纳米管复合材料2.8-4.2份、硅烷偶联剂0.01-0.05份、固化剂30-35份、固化促进剂0.5-1.5份。
5、优选的，所述二氧化钛/碳纳米管复合材料的制备方法包括以下步骤：
6、s1：边搅拌无水乙醇边向所述无水乙醇中加入钛酸四丁酯，配制得到钛酸四丁酯乙醇溶液；
7、s2：将氧化碳纳米管与无水乙醇、去离子水、冰醋酸混合均匀，得混合料液；然后边搅拌混合液边向所述混合液中滴加钛酸四丁酯乙醇溶液，滴加完毕后，继续超声处理，得处理料液；
8、s3：将所得处理料液转移至反应釜中进行水热反应，水热反应结束后，再依次进行离心、水洗、醇洗、干燥，然后在氮气气氛下进行焙烧，获得二氧化钛/碳纳米管复合材料。
9、优选的，步骤s1中，所述无水乙醇与钛酸四丁酯的体积比为1-1.5：15-20；步骤s2中，所述氧化碳纳米管与无水乙醇、去离子水、冰醋酸的质量体积比2.5-5g：60-80ml：4.5-7ml：12-15ml；
10、步骤s1中的钛酸四丁酯乙醇溶液与步骤s2中的混合料液的体积比为1：3.5-5。
11、优选的，步骤s2中，所述氧化碳纳米管的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，所述混合溶液中浓硫酸和浓硝酸的体积比为2-3:1；然后边搅拌边进行超声处理3-8h，超声处理的功率为200-300w；再经离心、水洗、干燥，得到氧化碳纳米管。
12、优选的，所述多壁碳纳米管的内径为5-10nm，外径为10-30nm，长度为10-30um。
13、优选的，步骤s2中，所述滴加的时间为30-40min；所述超声处理的时间为20-30min，超声处理的功率为500-1000w。
14、优选的，步骤s3中，所述水热反应的温度为150-180℃，时间为12-24h；
15、所述在氮气气氛下进行焙烧包括：在氮气气氛下，先升温至200-260℃，保温0.5-1h，再升温至400-430℃，保温1.5-2.5h。
16、优选的，所述双酚a型环氧树脂为环氧树脂e-44、e-51中的一种或多种；所述硅烷偶联剂为2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷；
17、所述固化剂为d230、d400中的一种或多种，所述固化促进剂为dmp-30；
18、所述碳纤维布为碳纤维单向布。
19、作为一个总的发明构思，本发明提供了一种上述碳纤维预浸料的制备方法，包括以下步骤：
20、s1：将二氧化钛/碳纳米管复合材料与硅烷偶联剂混合均匀，然后再加入至环氧树脂中，升温至65-70℃搅拌混合后，再加入固化剂和固化促进剂搅拌混合，得到环氧树脂混合物；
21、s2：将环氧树脂混合物均匀涂覆在离型纸上，涂覆温度为65-70℃，制备成带有离型纸的上层树脂胶膜、下层树脂胶膜；将带有离型纸的上层树脂胶膜、下层树脂胶膜分别贴附在碳纤维布上下两侧面，经过压辊热压复合，复合温度为70-75℃，然后冷却，制备得到碳纤维预浸料。
22、作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述碳纤维预浸料或上述制备方法制备得到的碳纤维预浸料在翼片结构件中的应用，所述翼片结构件包括铝合金骨架和复合材料蒙皮，所述铝合金骨架和复合材料蒙皮之间的空腔采用泡沫填充；所述复合材料蒙皮由所述碳纤维预浸料制备得到。
23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24、1、本发明碳纤维预浸料采用二氧化钛/碳纳米管复合材料进行改性，该二氧化钛/碳纳米管复合材料包括碳纳米管以及负载于碳纳米管表面的纳米二氧化钛，该纳米二氧化钛显著增强碳纳米管的粗糙度，使碳纳米管的分散性能明显增强，且能稳固镶嵌于环氧树脂中，其对于预浸料所制备得到的纤维增强树脂材料，体现出优良的改性效果。且二氧化钛负载于碳纳米管表面，两者结合力强，即使所制备得到的纤维增强树脂材料在长时间使用或受到较大外力冲击后，碳纳米管与环氧树脂之间仍保持较强的结合力，保持碳纳米管优异的补强性能。
25、另外，在碳纳米管上负载二氧化钛，也实现了二氧化钛在复合材料中的高分散性，而二氧化钛能够能够抵抗紫外线、高温、潮湿等恶劣环境因素对复合材料的侵蚀，且可提升复合材料的耐老化性能，进而可提升翼片在自然环境中的使用寿命。
26、2、本发明在制备二氧化钛/碳纳米管复合材料时，采用的原料为碳纳米管经过酸氧化获得的氧化碳纳米管，其表面具有多种含氧基团，从而在后续制备过程中，可使碳纳米管与二氧化钛之间的结合力更强，且本发明通过结合水热反应以及氮气气氛焙烧工艺，可使二氧化钛更加稳固的与碳纳米管复合，两者不易分离。且本发明在制备氧化钛/碳纳米管复合材料过程中，通过合理配置钛酸四丁酯、多壁碳纳米管、乙醇等的加入量，可使多壁碳纳米管负载适量的纳米二氧化钛，即可提升氧化碳纳米管表面的粗糙度，又避免负载过多的纳米二氧化钛，如果负载过多的二氧化钛，则可能影响碳纳米管本身结构所涉及的补强优势。
27、3、本发明碳纤维预浸料中二氧化钛/碳纳米管复合材料分散性好，且与环氧树脂之间的结合力强，且稳定性高，采用本发明碳纤维预浸料制备翼片结构件，可使翼片结构件具有优异的力学性能，且适用于在复杂环境中长期使用。
1.一种碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纤维预浸料包括以下重量百分比的原料：碳纤维布55-65％、环氧树脂混合物35-45％；
2.如权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述二氧化钛/碳纳米管复合材料的制备方法包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的碳纤维预浸料，其特征在于，步骤s1中，所述无水乙醇与钛酸四丁酯的体积比为1-1.5：15-20；步骤s2中，所述氧化碳纳米管与无水乙醇、去离子水、冰醋酸的质量体积比2.5-5g：60-80ml：4.5-7ml：12-15ml；
4.如权利要求2所述的碳纤维预浸料，其特征在于，步骤s2中，所述氧化碳纳米管的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，所述混合溶液中浓硫酸和浓硝酸的体积比为2-3:1；然后边搅拌边进行超声处理3-8h，超声处理的功率为200-300w；再经离心、水洗、干燥，得到氧化碳纳米管。
5.如权利要求4所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述多壁碳纳米管的内径为5-10nm，外径为10-30nm，长度为10-30um。
6.如权利要求2所述的碳纤维预浸料，其特征在于，步骤s2中，所述滴加的时间为30-40min；所述超声处理的时间为20-30min，超声处理的功率为500-1000w。
7.如权利要求2所述的碳纤维预浸料，其特征在于，步骤s3中，所述水热反应的温度为150-180℃，时间为12-24h；
8.如权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂e-44、e-51中的一种或多种；所述硅烷偶联剂为2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷；
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种如权利要求1-8中任一项所述的碳纤维预浸料或如权利要求9所述的制备方法制备得到的碳纤维预浸料在翼片结构件中的应用，所述翼片结构件包括铝合金骨架和复合材料蒙皮，所述铝合金骨架和复合材料蒙皮之间的空腔采用泡沫填充；所述复合材料蒙皮由所述碳纤维预浸料制备得到。
