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CN114379167A - 一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN114379167A CN202210233556.XA CN202210233556A CN114379167A CN 114379167 A CN114379167 A CN 114379167A CN 202210233556 A CN202210233556 A CN 202210233556A CN 114379167 A CN114379167 A CN 114379167A
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Abstract

本发明提供一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用，所述层间改性碳纤维复合材料由短切碳纤维在碳纤维预浸料上垂直取向制备而成，所述层间改性碳纤维复合材料包括单向或多向排布的碳纤维预浸料、层间垂直取向的短切碳纤维以及树脂基体。本发明提供的基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料，其不仅具有优异的层间力学性能(层间韧性得到显著提升)，其厚度方向上的导电性能、导热性能也得到较大幅度的提升。此外，本发明的制备工艺简单，条件温和，无需复杂设备，在大规模制备方面具有显著的优势。

Description

一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料科学技术领域，涉及一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
碳纤维复合材料由于其优异的性能而被广泛应用，例如：高强度、高模量、疲劳性、重量轻，且其耐热耐腐蚀，具有良好的可设计性。目前在航空航天、电子通讯、医疗器械、体育用品等领域都有广泛的应用。但是碳纤维复合材料板一般为层压结构，其中间层是没有纤维增强的，仅仅只能依靠环氧基体去承担粘接和载荷传递的作用，导致其层间韧性弱，尤其是在冲击载荷下更容易出现层与层的分离，这也限制了碳纤维/环氧复合材料的应用。同时，层间单一的树脂基体也导致碳纤维复合材料在Z方向(厚度方向)的导电导热性能较差。因此，改善碳纤维增强复合材料的层间性能具有很大的科学意义和实用价值。
碳纤维复合材料的层间性能(例如层间的力学、电学、热学性能)并不出色，亟待提升，目前有许多提高其层间性能的方法，例如通过提高基体树脂的韧性来提高碳纤维复合材料的层间性能。但是对于基体的改性等可能会引起其他非层间性能的损失，或是损害其加工性能，而且成型过程更加复杂。CN107459820A公开了一种微纳米粒子协同层间增韧双马碳纤维复合材料的制备方法，其利用“多相复合”的方法得到固液复合低粘度树脂体系，将热塑性微米粒子和核壳纳米粒子分散于由烯丙基化合物和环氧树脂组合的液态增韧剂中，然后加入双马微粉进行预混均匀，再置于三辊研磨机上物理共混，依靠剪切和扩散作用使得微纳米粒子均匀分散，获得增韧双马树脂体系。将上述双马树脂体系于涂膜，然后与碳纤维增强体热压预浸复合，最后模压得到层间增韧的复合材料。虽然该发明的碳纤维复合材料的层间性能有所提高，但是其工艺复杂，且会改变层内的性能。现有技术中也有通过对纤维表面进行改性，以增强其与基体树脂的粘合作用，但其提升性能有限，且工艺复杂，难以控制。现有技术中还有利用微纳米粒子提高层间韧性，例如CN104945852A公开了一种微纳米粒子层间增韧技术，首先将微纳米粒子均为无机粒子的混合溶液均匀喷涂在纤维上，再与热固性树脂复合，制得微纳米粒子层间增韧的复合材料，该方法虽然显著提高了复合材料的层间断裂韧性，但其成型工艺较为复杂、成本高，并且其需要先在纤维上喷涂，而这可能会改变材料本身的界面结合强度。现有技术中还有利用碳纳米材料碳纳米管来进行层间改性，例如CN110117409A报道了一种采用多壁碳纳米管增韧复合材料层间的方法，但其提高的层间韧性性能有限，且对厚度方向的导电导热能力没有讨论。纵观上述实例，这些例子都不能同时实现对碳纤维复合材料层间力学、电学、热学性能的提升。
因此，在本领域中，期望开发一种层间改性碳纤维复合材料，其层间力学、电学、热学性能均能得到提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用，特别是提供一种基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用。本发明的层间改性碳纤维复合材料具有优异的层间力学性能，同时其层间综合性能(例如厚度方向的导电、导热性能)也得到显著地提升。本发明的制备方法简单，成本较低，可操作性高。在树脂基碳纤维复合材料层间改性领域，具有广阔的应用前景。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种层间改性碳纤维复合材料，所述层间改性碳纤维复合材料由短切碳纤维在碳纤维预浸料上垂直取向制备而成。
在本发明中，通过短切碳纤维在碳纤维预浸料上垂直取向制备而成的层间改性碳纤维复合材料，其不仅具有优异的层间力学性能，其厚度方向上的导电性能、导热性能也得到显著的提升。
在本发明中，所述层间改性碳纤维复合材料包括由碳纤维预浸料压成的层合板，以及层间垂直取向分布的短切碳纤维。
在本发明中，所述垂直取向指的是沿碳纤维预浸料厚度方向取向。
优选地，所述碳纤维预浸料的制备原料包括连续碳纤维(例如可选自东丽公司的T700型号)、树脂基体和固化剂。
优选地，所述树脂基体包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂或聚酰亚胺树脂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述固化剂包括酸酐类固化剂。
需要说明的是，本发明使用的碳纤维预浸料可以按照现有技术中的方法制备而成，也可以直接购买得到。碳纤维预浸料中的连续碳纤维可以是单向排布，也可以是多向排布。
优选地，所述短切碳纤维包括沥青基碳纤维和/或聚丙烯腈基碳纤维，也可以是改性后的沥青基碳纤维或改性后的聚丙烯腈基碳纤维。
优选地，所述短切碳纤维的长度为100-150μm，例如100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm等。当短切碳纤维的长度过大时，会使得层间改性碳纤维复合材料的层间厚度过大，虽然其整体性能可能会提升，但却会导致其单位厚度上的性能下降。
合适长度的短切碳纤维可通过机械振动分筛获得，具体操作如下：
将切割好的短切碳纤维置于机械振动筛中，筛网目数从上到下依次为：50目、100目、200目、300目，机械振动筛分1-3h。在每个目数筛网上的碳纤维的长度接近，例如，在100目筛网上的碳纤维的长度大体一致，在200目筛网上的碳纤维的长度大体一致，在300目筛网上的碳纤维的长度大体一致。分筛结束后取用300目上的纤维，并利用光学显微镜统计其长度，其长度大约为100-150μm。
优选地，所述短切碳纤维的直径为6-10μm，例如6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的层间改性碳纤维复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维预浸料预热，然后将短切碳纤维垂直附着在碳纤维预浸料的一面，得到附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(2)重复步骤(1)，得到多张附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(3)将步骤(2)得到的多张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置，并且附着有短切碳纤维的一面均朝上，然后在最上面铺置一张没有附着短切碳纤维的碳纤维预浸料，而后转移至模具中，预压，升温，固化，得到所述层间改性碳纤维复合材料。
在本发明中，步骤(1)中将碳纤维预浸料预热，可以使得碳纤维预浸料的树脂基体处于粘稠的半固化状态，有利于后续短切碳纤维的附着，预热可以在烘箱中进行。
在本发明中，步骤(2)中所述多张指的是至少两张，当然也可以不重复步骤(1)，只得到一张附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料。步骤(3)中的“多张”并不限定具有多少张，可以根据产品需求决定将多少张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置。多张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置时，其铺层方向可以是单向排布(即多张碳纤维预浸料的连续碳纤维都朝同一个方向排布)，也可以是多向排布(例如碳纤维预浸料的连续碳纤维交叉排布)，可以根据产品的实际用途决定排布的方式。
在本发明中，步骤(3)中，将步骤(2)得到的预浸料具有垂直取向短切碳纤维的一面朝上，一层一层铺好。保证最上面一层是没有垂直取向短切碳纤维的预浸料。例如铺层总数为24层，那么下面的23层均为步骤(2)所述扎有垂直取向短切碳纤维的预浸料，仅有第24层为没有附着垂直取向短切碳纤维的预浸料。
本发明的制备方法简单，条件温和，不需要高温条件，可室温制备，也不需要改性和引入其他物质，无需复杂设备，成本低，可操作性高，在大规模制备方面具有显著的优势。
优选地，步骤(1)所述预热的温度为60℃-80℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等。
优选地，步骤(1)所述预热的时间为10min-30min，例如10min、15min、20min、25min或30min等。
优选地，步骤(1)所述将短切碳纤维垂直附着在碳纤维预浸料的一面，具体包括以下步骤：将预热后的碳纤维预浸料固定在高压静电装置的上极板，将短切碳纤维分散在高压静电装置的下极板，打开高压静电装置的电源开关，短切碳纤维在高压静电场的作用下飞向上极板，在电场中垂直取向，并垂直扎入碳纤维预浸料的树脂基体中。
优选地，所述固定的方式包括用胶带固定。
优选地，所述分散的方式包括机械震动分散。
优选地，所述高压静电装置的电压为5-20kV，例如5kV、8kV、10kV、13kV、15kV、18kV或20kV等，通电时间为10-30s，例如10s、15s、20s、25s或30s等，在此通电时间内，可以使得短切碳纤维在碳纤维预浸料的一面完全扎满。
优选地，所述高压静电装置的上极板和下极板的间距为5-15cm，例如5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm或15cm等。
优选地，所述高压静电场的电场强度为1-3kV/cm，例如1kV/cm、1.5kV/cm、2kV/cm、2.5kV/cm或3kV/cm等。
在本发明中，通过控制高压静电装置的电压和极板间距，短切碳纤维在下极板被极化，并获得一定初速度，并在电场力的作用下加速飞向基底，并扎入到预热后碳纤维预浸料的树脂基体中，并保持垂直取向的特征。
优选地，步骤(3)所述模具为经过预热的模具，所述预热的温度为50℃-150℃，例如50℃、60℃、80℃、100℃、120℃、130℃或150℃等。
优选地，步骤(3)所述预压的温度为50℃-90℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，预压的时间为30-60min，例如30min、40min、50min或60min等，预压的压力为0.5-1.5MPa，例如0.5MPa、1.0MPa或1.5MPa等。
优选地，步骤(3)所述升温为升温至120-150℃，例如120℃、130℃、140℃或150℃等。
优选地，步骤(3)所述固化的温度为120-150℃，例如120℃、130℃、140℃或150℃等。
优选地，步骤(3)所述固化的压力为2-5MPa，例如2MPa、3MPa、4MPa或5MPa等。
优选地，步骤(3)所述固化的时间为2-5h，例如2h、3h、4h或5h等。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维预浸料在60℃-80℃下预热10min-30min，然后将预热后的碳纤维预浸料固定在高压静电装置的上极板，将短切碳纤维分散在高压静电装置的下极板，打开高压静电装置的电源开关，短切碳纤维在高压静电场的作用下飞向上极板，在电场中垂直取向，并垂直扎入碳纤维预浸料的树脂基体中，得到附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；其中，高压静电场的电场强度为1-3kV/cm，通电时间为10-30s；
(2)重复步骤(1)，得到多张附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(3)将步骤(2)得到的多张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置，并且附着有短切碳纤维的一面均朝上，然后在最上面铺置一张没有附着短切碳纤维的碳纤维预浸料，而后转移至经过预热的模具中，在50℃-90℃、0.5-1.5MPa下预压30-60min，升温至120-150℃，并在至120-150℃、2-5MPa下固化2-5h，得到所述层间改性碳纤维复合材料。
第三方面，本发明提供第一方面所述的层间改性碳纤维复合材料在多功能复合材料产品中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料，其不仅具有优异的层间力学性能(层间I型断裂韧性提高了91.6％)，其厚度方向上的导电性能(厚度方向电导率提升4个数量级)、导热性能(厚度方向热导率提升36％)也得到较大幅度的提升。
(2)本发明的制备方法简单，条件温和，不需要高温条件，可室温制备，也不需要改性和引入其他物质，无需复杂设备，成本低，可操作性高，在大规模制备方面具有显著的优势。
附图说明
图1为实施例1提供的层间改性碳纤维复合材料的局部结构示意图，其中，1-单向排布的碳纤维预浸料；2-层间垂直取向的短切碳纤维，夹在两层碳纤维预浸料的层间；3-环氧基体。
图2为实施例1提供的层间改性碳纤维复合材料截面的扫描电镜图。
图3为实施例1提供的层间改性碳纤维复合材料截面的短切碳纤维垂直取向的局部扫描电镜图。
图4为对比例1提供的碳纤维复合材料截面的扫描电镜图。
图5为实施例1提供的层间改性碳纤维复合材料和对比例1提供的碳纤维复合材料I型断裂韧性对比测试结果图。
图6为实施例1提供的层间改性碳纤维复合材料和对比例1提供的碳纤维复合材料Z方向(厚度方向)的电导率对比测试结果图。
图7为实施例1提供的层间改性碳纤维复合材料和对比例1提供的碳纤维复合材料Z方向(厚度方向)的热导率对比测试结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中提供一种层间改性碳纤维复合材料，所述层间改性碳纤维复合材料由短切碳纤维在碳纤维预浸料上垂直取向制备而成，其局部结构示意图如图1所示，包括单向排布的碳纤维预浸料1，层间垂直取向的短切碳纤维2，夹在两层碳纤维预浸料的层间，环氧基体3。
其中，碳纤维预浸料购买自桓旭材料科技有限公司，牌号为EP700；短切碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，长度约为100-150μm，直径为7μm。
本实施例中长度约为100-150μm的聚丙烯腈基碳纤维通过机械振动分筛获得，具体操作如下：
将切割好的聚丙烯腈基短切碳纤维置于机械振动筛中，筛网目数从上到下依次为：50目、100目、200目、300目，机械振动筛分2h。在每个目数筛网上的聚丙烯腈基碳纤维的长度接近，例如，在100目筛网上的聚丙烯腈基碳纤维的长度大体一致，在200目筛网上的聚丙烯腈基碳纤维的长度大体一致，在300目筛网上的聚丙烯腈基碳纤维的长度大体一致。分筛结束后取用300目上的聚丙烯腈基短切碳纤维，并利用光学显微镜统计其长度，其长度大约为100-150μm。
本实施例所述层间改性碳纤维复合材料采用以下方法制备：
(1)将碳纤维预浸料放入60℃烘箱中预热20min，使预浸料的环氧胶处于粘稠的半固化状态，然后将预热后的碳纤维预浸料用胶带固定在高压静电装置的上极板，将短切碳纤维采用机械震动的方式分散在高压静电装置的下极板，调节极板间距为10cm，打开高压静电装置的电源开关，调节电压为20kV，通电10s后关闭电源，聚丙烯腈基短切碳纤维由于电场的极化作用在电场中垂直取向、飞升并扎入预浸料的环氧胶中，得到附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(2)重复步骤(1)，得到23张附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(3)先将模具放入50℃烘箱进行预热，将步骤(2)得到的23张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置，并且附着有短切碳纤维的一面均朝上，并单向排布，然后在最上面铺置一张没有附着短切碳纤维的碳纤维预浸料，而后转移至预热好的模具中，放上压机保持温度80℃、压力1MPa预压30min，完成后升温到150℃，加压到2.5MPa,然后卸载压力，重复三次，除去层间的空气，然后在150℃、2.5MPa下固化3h,得到所述层间改性碳纤维复合材料。
利用扫描电子显微镜对本实施例提供的层间改性碳纤维复合材料截面的微观形貌进行表征，从图2、图3可以看出，层间的短切碳纤维在环氧基体中有较好的垂直取向特征。
实施例2
本实施例与实施例1的不同仅在于，所使用的短切碳纤维是沥青基短切碳纤维。其余条件均与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的不同仅在于，步骤(1)中将碳纤维预浸料放入70℃烘箱中预热20min。其余条件均与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1的不同仅在于，步骤(1)中高压静电装置的极板间距是8cm。其余条件均与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的不同仅在于，步骤(1)中高压静电装置的电压为10kV。其余条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的不同仅在于，步骤(3)中预压时间为60min。其余条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的不同仅在于，步骤(3)中热压固化温度为130℃，其余条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1的不同仅在于，在碳纤维预浸料层间不引入垂直取向的短切碳纤维作为增强，即不存在层间增强相，直接将24张碳纤维预浸料层叠放置。其余条件均与实施例1均相同。
本对比例提供的碳纤维复合材料的截面的扫描电镜图如图4所示，可以看出，其层间只有环氧胶并没有垂直取向的短切碳纤维增强相。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(1)不对碳纤维预浸料进行预热处理，即直接将碳纤维预浸料放入高压静电装置中。其余条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(1)中高压静电装置的电压为2kV，其余条件均与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(3)不进行预压处理，直接升温升压固化。其余条件均与实施例1相同。
为了测试实施例与对比例中的碳纤维复合材料的层间增韧性能，采用GB 1446-83标准对所述试样进行层间增韧性能的测试。在试样一端的中面铺入聚四氟乙烯塑料薄膜或与之等效的薄膜得到预制裂纹。用位移控制的方式，1mm/min的加载速率对试样加载。裂纹扩展20mm左右后卸载，以后每次扩展10mm左右后卸载，直至裂纹长度达到100mm左右停止实验。记录裂纹长度、加载后载荷-加载点位移曲线上最高点所对应的裂纹扩展临界载荷、加载点位移，按公式计算得到I型层间断裂韧性GIC。测试五个试样，取其平均值。
实施例1与对比例1的I型断裂韧性测试结果如图5所示，可以看出，在层间加入了垂直取向的短切碳纤维作为增强相后，实施例1的I型断裂韧性提高了91.6％，得到了显著地提高。
对比例2中由于碳纤维预浸料没有提前预热，预浸料中的环氧胶黏度较大，不表现流动性，因此电场中垂直取向的短切碳纤维并不能扎入碳纤维预浸料中，因此并没有使得碳纤维复合材料的层间性能得到提高。
对比例3中，电场取向短切碳纤维时，取向的电压选择了2kV，太小的电压使得短切碳纤维在电场中的取向并不好，同时，较小的电场强度使得短切碳纤维在电场中获得的动能有限，短切碳纤维不能很好的扎入预浸料的环氧胶中，因此其获得的层间性能提升的效果是有限的。
对比例4中，在热压层操作时，没有进行预压操作，获得的碳纤维复合材料层间存在着少量空气，使得固化后的复合材料层间存在缺陷，损害了复合材料层间的性能。
实施例与对比例中的试样厚度方向的导电性能利用Keithley-DMM7510半导体特性分析系统进行测量，实施例1与对比例1的电导率的测试结果如图6所示，从图中可以看出，实施例1厚度方向的电导率相比于对比例1提高了4个数量级。
实施例与对比例中的试样厚度方向的热扩散系数D通过激光闪射法在氮气气氛中测量得到，再结合物理性能测试系统测得的比热容CP，利用公式K＝ρCPD,计算得到热导率K，其中ρ为试样密度。实施例1与对比例1的热导率测试结果如图7所示，可以看出，实施例1相比于对比例1，热导率提升了36％。
本申请实施例2-7中实验条件的改变基本不影响试样性能，其结果与实施例1基本一样。
由此可见，本发明开发了一种基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料，所述基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料的层间I型断裂韧性提高了91.6％，层间韧性得到了显著地增强，同时所述碳纤维复合材料在厚度方向还具有更加优异的导电导热性能，在层间引入垂直取向的短切碳纤维后，厚度方向的电导率提升了四个数量级，厚度方向的热导率提升了36％。且所述基于垂直取向短切碳纤维的层间改性碳纤维复合材料制备方法简单，可在室温下制备，成本低，可操作性好。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的层间改性碳纤维复合材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种层间改性碳纤维复合材料，其特征在于，所述层间改性碳纤维复合材料由短切碳纤维在碳纤维预浸料上垂直取向制备而成。
2.根据权利要求1所述的层间改性碳纤维复合材料，其特征在于，所述短切碳纤维包括沥青基碳纤维和/或聚丙烯腈基碳纤维。
3.根据权利要求1或2所述的层间改性碳纤维复合材料，其特征在于，所述短切碳纤维的长度为100-150μm；
优选地，所述短切碳纤维的直径为6-10μm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的层间改性碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维预浸料预热，然后将短切碳纤维垂直附着在碳纤维预浸料的一面，得到附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(2)重复步骤(1)，得到多张附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(3)将步骤(2)得到的多张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置，并且附着有短切碳纤维的一面均朝上，然后在最上面铺置一张没有附着短切碳纤维的碳纤维预浸料，而后转移至模具中，预压，升温，固化，得到所述层间改性碳纤维复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预热的温度为60℃-80℃；
优选地，步骤(1)所述预热的时间为10min-30min。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述将短切碳纤维垂直附着在碳纤维预浸料的一面，具体包括以下步骤：将预热后的碳纤维预浸料固定在高压静电装置的上极板，将短切碳纤维分散在高压静电装置的下极板，打开高压静电装置的电源开关，短切碳纤维在高压静电场的作用下飞向上极板，在电场中垂直取向，并垂直扎入碳纤维预浸料的树脂基体中；
优选地，所述固定的方式包括用胶带固定；
优选地，所述分散的方式包括机械震动分散；
优选地，所述高压静电装置的电压为5-20kV，通电时间为10-30s；
优选地，所述高压静电装置的上极板和下极板的间距为5-15cm；
优选地，所述高压静电场的电场强度为1-3kV/cm。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述模具为经过预热的模具，所述预热的温度为50℃-150℃；
优选地，步骤(3)所述预压的温度为50℃-90℃，预压的时间为30-60min，预压的压力为0.5-1.5MPa。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述升温为升温至120-150℃；
优选地，步骤(3)所述固化的温度为120-150℃；
优选地，步骤(3)所述固化的压力为2-5MPa；
优选地，步骤(3)所述固化的时间为2-5h。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维预浸料在60℃-80℃下预热10min-30min，然后将预热后的碳纤维预浸料固定在高压静电装置的上极板，将短切碳纤维分散在高压静电装置的下极板，打开高压静电装置的电源开关，短切碳纤维在高压静电场的作用下飞向上极板，在电场中垂直取向，并垂直扎入碳纤维预浸料的树脂基体中，得到附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；其中，高压静电场的电场强度为1-3kV/cm，通电时间为10-30s；
(2)重复步骤(1)，得到多张附着有垂直取向的短切碳纤维的碳纤维预浸料；
(3)将步骤(2)得到的多张附着有垂直取向短切碳纤维的碳纤维预浸料层叠放置，并且附着有短切碳纤维的一面均朝上，然后在最上面铺置一张没有附着短切碳纤维的碳纤维预浸料，而后转移至经过预热的模具中，在50℃-90℃、0.5-1.5MPa下预压30-60min，升温至120-150℃，并在至120-150℃、2-5MPa下固化2-5h，得到所述层间改性碳纤维复合材料。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的层间改性碳纤维复合材料在多功能复合材料产品中的应用。
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