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能够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实验室擦拭纸上，让丙酮在常温下自然挥发。剥离一片固化温度为125摄氏度的薄膜型环氧树脂胶膜的一侧离型膜。将单层环氧树脂胶膜贴合至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，以使环氧树脂预先浸渍织物。让预浸渍织物在环境条件下冷却10分钟。

然后，从环氧树脂涂层一侧移除剩余的背衬膜。按照所需的铺层顺序叠放平纹预浸料织物，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，将三层环氧树脂片材分别贴合在一块洁净干燥的碳纤维毡两侧。

将毛毡的环氧涂层面朝上，施加压力，用70摄氏度的温度每面加热10秒。让预浸渍毛毡冷却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。

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。随后将每片清洁干燥的片材夹在无尘布之间，并存放于无尘、洁净的塑料容器中。

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，将一片预先制备好的碳纤维层压板裁剪至略小于模具型腔的尺寸。

将一片厚度为 25 微米的洁净 FEP 膜放置在下模具上。将层压板置于模具中，并根据纤维类型覆盖一层厚度为 25 或 100 微米的 FEP 膜。小心地将薄膜抚平，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20兆帕压力持续4分钟，然后释放压力，并立即重新施加20兆帕压力。以这种方式对材料进行排气，直至树脂黏度开始增加。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，并脱模制备好的样品。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其贯穿厚度方向的电导率更高，在1.38兆帕的压缩压力下，相应的面积比电阻降低至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法制备的样品相当。

编织织物和毡材复合材料的性能分别提高了22%和15%。这些提升归因于软质层在复合材料表面施加了均匀的压力。通过遵循此操作步骤，您将能够轻松制备出纤维暴露型复合材料。

该机制十分简单。只要对所用材料有充分了解，实施起来就更加容易。在尝试此操作时，请记得根据具体的应用需求进行精细调整。

考虑复合材料的固化条件以及软层的热性能，并相应地调整步骤以获得预期结果。