中國(guó)粉體網(wǎng)訊 無人機(jī)外殼采用碳纖維材料已成為行業(yè)主流趨勢(shì)之一，主要得益于其輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，但當(dāng)前無人機(jī)碳纖維外殼制造面臨碳纖維與基體樹脂之間的界面結(jié)合力不夠，導(dǎo)致在受力時(shí)容易出現(xiàn)界面脫粘現(xiàn)象，影響外殼的整體力學(xué)性能，降低無人機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性；基體樹脂韌性不足，使無人機(jī)碳纖維外殼在受到?jīng)_擊或振動(dòng)時(shí)容易發(fā)生脆裂，降低了外殼的抗損傷能力和使用壽命；出現(xiàn)氣泡、孔隙、分層等工藝缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致外殼的局部強(qiáng)度降低，影響其整體性能和外觀質(zhì)量，甚至可能在使用過程中引發(fā)安全問題等技術(shù)瓶頸。
針對(duì)以上背景，近日嘉興翔翌復(fù)合材料有限公司申請(qǐng)了“一種無人機(jī)碳纖維外殼的制備方法”的新專利，通過碳纖維表面化學(xué)鍍覆+聚乙烯醇修飾的“多尺度界面增強(qiáng)”、納米SiO₂/碳管的基體梯度增韌，以及熱壓工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料強(qiáng)韌性、抗疲勞與抗沖擊的協(xié)同提升，為輕量化外殼提供新思路。
技術(shù)方案
一種無人機(jī)碳纖維外殼的制備方法包括以下步驟：
碳纖維表面改性處理：對(duì)碳纖維表面使用2–5wt%的堿性溶液進(jìn)行清洗；利用空氣等離子體在功率50–100W條件下對(duì)碳纖維進(jìn)行活化；在碳纖維表面涂覆質(zhì)量濃度為0.5–1.5wt%的硅烷偶聯(lián)劑溶液進(jìn)行浸漬。
樹脂基體制備：將80–90wt%的雙酚A型環(huán)氧樹脂與5–10wt%的柔性增韌劑、0.5–2wt%的納米SiO2、0.1–0.5wt%的碳納米管填料進(jìn)行混合，并進(jìn)行真空脫泡。
碳纖維鋪層：將改性后的碳纖維布按分別按照-45°、0°、45°、90°的角度進(jìn)行鋪層，鋪層數(shù)為3–10層，每一層之間澆注制備的樹脂基體，并使用滾筒壓實(shí)以去除氣泡。
真空袋成型：用真空泵將密封模具內(nèi)的氣體抽至-0.08至-0.1MPa，然后將鋪層后的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行真空密封。
熱壓固化：在熱壓罐中通過設(shè)定溫度、壓力和時(shí)間的工藝條件對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行固化。
脫模與后處理：對(duì)固化后的材料進(jìn)行脫模并修整。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
界面協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)：通過堿性清洗→等離子活化→硅烷偶聯(lián)劑接枝→氧化石墨烯沉積→聚乙烯醇修飾的多級(jí)表面改性，纖維表面活性官能團(tuán)（-OH、-COOH）密度提升60%，結(jié)合硅氧鍵與動(dòng)態(tài)氫鍵網(wǎng)絡(luò)形成界面協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。
樹脂增韌：環(huán)氧樹脂經(jīng)CTBN柔性鏈段+納米SiO₂剛性粒子（0.52wt%）與碳納米管協(xié)同復(fù)合，形成貫穿樹脂的“剛-柔梯度網(wǎng)絡(luò)”。
結(jié)語
無人機(jī)的廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中都展現(xiàn)出潛力，從農(nóng)業(yè)到交通運(yùn)輸，再到救援和監(jiān)測(cè)，甚至是在影視拍攝和地理勘探中，無人機(jī)都大展拳腳。而復(fù)合材料的使用則使得無人機(jī)能夠在更復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)健飛行，同時(shí)減輕總重，提高續(xù)航時(shí)間，提升現(xiàn)場(chǎng)操作的靈活性。這一新專利的成功申請(qǐng)更加奠定了其廣闊的市場(chǎng)前景。
另一方面，隨著全球環(huán)保意識(shí)的不斷覺醒與可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，各行業(yè)對(duì)于材料的性能與環(huán)保屬性提出了更高要求。在無人機(jī)制造領(lǐng)域，碳纖維材料憑借其輕質(zhì)高強(qiáng)的顯著優(yōu)勢(shì)脫穎而出，契合了節(jié)能減排與提升產(chǎn)品性能的雙重需求，正逐步占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，成為行業(yè)發(fā)展的新方向。此次新專利所展現(xiàn)的前沿技術(shù)，正是這一趨勢(shì)的有力印證，在技術(shù)迭代與市場(chǎng)需求的共同驅(qū)動(dòng)下，傳統(tǒng)材料的局限性日益凸顯，而以碳纖維為代表的新興材料憑借其卓越性能，正加速替代傳統(tǒng)材料，重塑無人機(jī)制造行業(yè)格局，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展的新階段。
參考來源:
劉博.一種無人機(jī)碳纖維外殼的制備方法
翔翌復(fù)合材料、大疆無人機(jī)官網(wǎng)
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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