一种新型复合材料制备方法的实验实现：通过软层法在复合材料表面暴露裸露纤维

本实验的总体目标是制备一种表面暴露有裸露纤维且无需任何表面处理的纤维增强复合材料。该技术能够在复合材料表面暴露裸露纤维，而无需使用昂贵且低效的表面处理方法。该技术的主要优势在于可提高复合材料的导电性及力学强度。

该技术还具有高生产效率。制备单向碳纤维织物（预先浸渍环氧树脂）时，将纤维体积分数为50%至60%的预浸料方片按0度和90度取向交替叠放，以避免层压板开裂。制备每片预浸料平纹碳纤维织物时，首先用丙酮或乙醇清洁织物。

将织物放置在洁净的表面或无绒毛的实验室擦拭纸上，在常温条件下静置，使丙酮自然挥发。取一片固化温度为125摄氏度的薄膜型环氧树脂，揭去其中一侧的背衬膜。将该环氧树脂薄膜单层贴合于洁净的碳纤维织物表面。

将织物的环氧树脂面朝下放置在70摄氏度的加热板上。加热织物10秒，使环氧树脂预先浸渍织物。让预浸织物在环境条件下冷却10分钟。

然后，从涂有环氧树脂的一侧去除剩余的背衬膜。将平纹预浸料织物按所需的铺层顺序叠放，形成平纹碳纤维织物层压板。制备非织造碳纤维毡层压板时，将三层环氧树脂片分别贴合在一块清洁、干燥的碳纤维毡两侧。

将毛毡的环氧涂层面朝上，施加压力，在70摄氏度下每面加热10秒。让预浸毛毡冷却10分钟，然后剥离剩余的背衬膜。接着，用乙醇或丙酮清洗厚度为25微米的未打孔氟化乙烯丙烯脱模膜片。

使用无尘布小心擦干FEP片材，避免产生褶皱或针孔。确保片材表面无污染物和颗粒物。然后将每片清洁干燥的片材夹在无尘布之间，并将片材存放在无尘、洁净的塑料盒中。

开始复合材料制备时，先在压缩模具上涂抹硅基脱模剂。用无尘擦拭布擦拭模具，仅留下一层薄薄的脱模剂。然后，将预先准备好的碳纤维层压板裁剪成略小于模具型腔的尺寸。

将一片厚度为 25 微米的洁净 FEP 薄膜放置在下模上。将层压板置于模具上，并根据纤维类型覆盖一层厚度为 25 或 100 微米的 FEP 薄膜。小心抚平薄膜，确保软层与层压板之间无气泡残留。

然后，闭合压缩模具。将热压机加热至150摄氏度，并将压缩模具放入热压机中。对于单向纤维复合材料，持续施加20兆帕压力30分钟。

对于编织复合材料，施加20兆帕压力并保持4分钟，然后释放压力，立即重新施加20兆帕压力。以这种方式对材料进行排气处理，直至树脂黏度开始上升。随后，保持20兆帕压力，直至复合材料总共固化30分钟。

对于毛毡复合材料，缓慢将压力增加至3兆帕，注意不要超过该值。在3兆帕压力下固化材料30分钟。样品固化完成后，在不释放压力的情况下，将压模冷却至120摄氏度以下。

然后释放压力，取出模具，并将制备好的试样脱模。在五度倾角下获得的扫描电子显微镜图像显示，采用软层法制备的复合材料中的纤维比传统压缩成型法制备的复合材料显示出更清晰的细节。这归因于消除了复合材料表面的富树脂层。

尽管去除了环氧树脂层，纤维并未显示出可见缺陷。采用软层法制备的复合材料在厚度方向上的电导率更高，在1.38兆帕的压缩压力下，其面比电阻相应降低至20毫欧·平方厘米以下。软层复合材料测得的拉伸强度与传统压缩方法制备的材料相当。

编织织物和毡状复合材料的性能分别提高了22%和15%。这些提升归因于柔软层在复合材料表面施加了均匀的压力。通过遵循本操作步骤，您将能够轻松制备出纤维暴露的复合材料。

该机制十分简单。只要充分了解您的材料，实施起来就更加容易。在尝试此操作时，请记住根据您的具体应用进行精细调整。

考虑复合材料的固化条件以及软层的热性能，并相应调整实验步骤以获得理想结果。