一種耐沖擊高韌性碳纖維復(fù)合材料的制備方法
【專利說明】-種耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明公開一種耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料的制備方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng) 域，具體為樹脂增強(qiáng)型碳纖維復(fù)合材料的制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 碳纖維材料是現(xiàn)今最受重視的高性能材料之一，兼具碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟 可加工性兩大特征，是一種的力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。而且在化學(xué)性能上，碳纖維的化學(xué)性 質(zhì)與碳相似，除能被強(qiáng)氧化劑氧化外，對(duì)一般堿性是惰性的，對(duì)一般的有機(jī)溶劑、酸、堿都具 有良好的耐腐蝕性，不溶不脹，耐蝕性較好，完全不存在生誘的問題。因此，碳纖維被成為新 材料之王。
[0005] 鑒于碳纖維的優(yōu)良性能，碳纖維碳材料已在軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域取得廣泛 應(yīng)用。從航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品等。 目前，廣受歡迎的碳纖維自行車，主要在車架(碳架）、前叉、輪組(碳刀車圈）等部件使用碳 纖維，不僅重量減輕，性能反而更為優(yōu)良。但是，由于碳纖維復(fù)合材料制備工藝上的限制，目 前自行車所使用的碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量也參差不齊，一般在耐沖擊性能、耐候性能和初性 性能上的表現(xiàn)較為不足。
[0006] CN 104974471A專利文獻(xiàn)公開了 "一種高耐熱、高初性環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料的 制備方法"，具體公開了環(huán)氧樹脂和碳纖維復(fù)合材料的制備工藝，將液態(tài)環(huán)氧樹脂與固態(tài)環(huán) 氧樹脂在90~95°C攬拌，混合完全后，得到混合液A;將上述混合液A與核殼橡膠在70~75°C 下攬拌，混合完全后，得到混合液B;向上述混合液B中加入固化劑，在70~75°C下，攬拌均勻 后，得到混合液C;向上述混合液C中加入促進(jìn)劑，在70~75°C下，攬拌均勻后，得到基體樹 月旨;將上述基體樹脂通過膠膜機(jī)和浸料機(jī)制備碳纖維預(yù)浸料。
[0007] 由此可知，上述復(fù)合材料是環(huán)氧樹脂和碳纖維復(fù)合型材料，利用環(huán)氧樹脂的增初 作用，提高了碳纖維復(fù)合材料的初性，其復(fù)合材料的其他性能也受到環(huán)氧樹脂的影響。運(yùn)種 單一的補(bǔ)強(qiáng)型樹脂增初作用，優(yōu)勢(shì)明顯的同時(shí)，顯然缺陷也較為明顯，受到環(huán)氧樹脂本身的 缺陷，W及加工工藝的限制，該復(fù)合型的力學(xué)性能和耐候性性能不佳，作為力學(xué)承重型材料 效果較不理想。
[000引

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是解決目前大部分碳纖維復(fù)合材料耐沖擊性能和初性性能不足的 問題，主要是在通過對(duì)樹脂和碳纖維表面進(jìn)行改性，并利用樹脂的增強(qiáng)性能與碳纖維復(fù)合 得到碳纖維復(fù)合材料。
[0010] 技術(shù)方案； 一種耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟： 第1步、改性環(huán)氧樹脂的制備:按重量份計(jì)，1,3-氨甲基苯1.2~2.3份、4-徑基二苯胺 0.2~0.5份、二甲氨基甲基苯酪0.5~2份、環(huán)氧氯丙烷3.5~4.5份、表氯醇2.0~5.0份、苯 基二甲基乙燒0.5~1.0份和堿金屬氨氧化物的水溶液15.0~19.化混合均勻，80~90°C加 熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后蒸發(fā)除去水份，加入苯類溶劑8.0~12.0份，混合均勻，得到改性環(huán)氧樹 脂； 第2步、碳纖維電化學(xué)改性碳纖維為陽極，W石墨為陰極，W硝酸、硝酸鐘、憐酸鐘和 醋酸混合溶液為電解質(zhì)溶液，其中硝酸物質(zhì)的量濃度為4.1~5.2mol/L、硝酸鐘物質(zhì)的量濃 度為0.1mol/L~0.2mol/L、憐酸鐘物質(zhì)的量濃度為0.2mol/L~0.5mol/L和醋酸物質(zhì)的量濃 度為0.05~0.15mol/L，采用2.6~2.8A/g的表觀電流密度處理320~450s之后，取出水洗至 中性后，烘干，得到改性碳纖維； 第3步、按重量份計(jì)，取改性環(huán)氧樹脂、改性碳纖維46~65份、聚苯硫酸22~35份、聚碳 酸醋5~15份、聚酷胺纖維1~3份、硅烷偶聯(lián)劑15~22份、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物5 ~10份和玻璃纖維2~6份，共混注塑成型，即制備得到耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料。
[0011] 作為優(yōu)選，所述第1步中，堿金屬氨氧化物為氨氧化鋼或氨氧化鐘。
[0012] 作為優(yōu)選，所述第1步中，堿金屬氨氧化物的水溶液中的堿金屬氨氧化物物質(zhì)的量 濃度為1.5~3.5mol/L。
[0013] 作為優(yōu)選，所述第1步中，苯類溶劑為甲苯或二甲苯。
[0014] 作為優(yōu)選，所述第3步中，硅烷偶聯(lián)劑K冊(cè)50和K冊(cè)60的一種或兩種。
[0015] 本發(fā)明通過對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，W及對(duì)碳纖維進(jìn)行電化學(xué)改性，加強(qiáng)了聚苯硫 酸、聚碳酸醋和聚酷胺纖維共混增強(qiáng)碳纖維的多種性能，進(jìn)一步提高了碳纖維復(fù)合材料的 力學(xué)性能和耐候性能，并且有效解決了現(xiàn)有碳纖維復(fù)合材料在耐沖擊性能和初性性能上的 不足。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，運(yùn)些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0018] 本發(fā)明采用的碳纖維為日本東麗公司的T300級(jí)型號(hào)碳纖維。
[0019] 本發(fā)明采用的聚碳酸醋規(guī)格為2605,德國(guó)拜耳公司生產(chǎn)。
[0020] 本發(fā)明采用的苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物型號(hào)為PM-600,中國(guó)臺(tái)灣奇美生產(chǎn)。
[0021] 實(shí)施例1 一種耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟： 第1步、改性環(huán)氧樹脂的制備：1，3-氨甲基苯1.2Kg、4-徑基二苯胺0.2 Kg、二甲氨基甲 基苯酪0.5 Kg、環(huán)氧氯丙烷3.5 Kg、表氯醇2.0 Kg、苯基二甲基乙燒0.5 Kg和3.2mol/L氨氧 化鋼水溶液16.5 L混合均勻，85°C加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后蒸發(fā)除去水份，加入二甲苯8.0 Kg，混合均勻，得到改性環(huán)氧樹脂； 第2步、碳纖維電化學(xué)改性碳纖維為陽極，W石墨為陰極，W硝酸、硝酸鐘、憐酸鐘和 醋酸混合溶液為電解質(zhì)溶液，其中硝酸物質(zhì)的量濃度為4.6mol/L、硝酸鐘物質(zhì)的量濃度為 0.15mol/L、憐酸鐘物質(zhì)的量濃度為0.36mol/L和醋酸物質(zhì)的量濃度為0.08mol/L，采用 2.8A/g的表觀電流密度處理370s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纖維； 第3步、取改性環(huán)氧樹脂、改性碳纖維55 Kg、聚苯硫酸27 Kg、聚碳酸醋9 Kg、聚酷胺纖 維1.5 Kg、K冊(cè)60硅烷偶聯(lián)劑17 Kg、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物8 Kg和玻璃纖維4 Kg， 采用共混注塑成型工藝，具體工藝步驟為現(xiàn)有技術(shù)，其中材料共混溫度控制在28%~，注塑 成型之后即制備得到耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料。
[0022] 實(shí)施例2 一種耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟： 第1步、改性環(huán)氧樹脂的制備：1，3-氨甲基苯2.3 Kg、4-^基二苯胺0.5 Kg、二甲氨基甲 基苯酪2 Kg、環(huán)氧氯丙烷4.5 Kg、表氯醇5.0 Kg、苯基二甲基乙燒1.0 Kg和3.5mol/L氨氧化 鋼水溶液16.3 L混合均勻，85°C加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后蒸發(fā)除去水份，加入二甲苯12.0 Kg， 混合均勻，得到改性環(huán)氧樹脂； 第2步、碳纖維電化學(xué)改性碳纖維為陽極，W石墨為陰極，W硝酸、硝酸鐘、憐酸鐘和 醋酸混合溶液為電解質(zhì)溶液，其中硝酸物質(zhì)的量濃度為4.6mol/L、硝酸鐘物質(zhì)的量濃度為 0.15mol/L、憐酸鐘物質(zhì)的量濃度為0.36mol/L和醋酸物質(zhì)的量濃度為0.08mol/L，采用 2.8A/g的表觀電流密度處理430s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纖維； 第3步、取改性環(huán)氧樹脂、改性碳纖維55 Kg、聚苯硫酸27 Kg、聚碳酸醋9 Kg、聚酷胺纖 維1.5 Kg、K冊(cè)60硅烷偶聯(lián)劑17 Kg、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物8 Kg和玻璃纖維4 Kg， 采用共混注塑成型工藝，具體工藝步驟為現(xiàn)有技術(shù)，其中材料共混溫度控制在28%~，注塑 成型之后即制備得到耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料。
[0023] 實(shí)施例3 一種耐沖擊高初性碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟： 第1步、改性環(huán)氧樹脂的制備：1，3-氨甲基苯1.9 Kg、4-^基二苯胺0.4 Kg、二甲氨基甲 基苯酪1.2 Kg、環(huán)氧氯丙烷4.1 Kg、表氯醇3.8 Kg、苯基二甲基乙燒0.7 Kg和2.8mol/L氨氧 化鋼水溶液18.化混合均勻，85°C加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后蒸發(fā)除去水份，加入甲苯11.0 Kg， 混合均勻，得到改性環(huán)氧樹脂； 第2步、碳纖維電化學(xué)改性碳纖維為陽極，W石墨為陰極，W硝酸、硝酸鐘、憐酸鐘和 醋酸混合溶液為電解質(zhì)溶液，其中硝酸物質(zhì)的量濃度為5. Imol/L、硝酸鐘物質(zhì)的量濃度為 0.18mol/L、憐酸鐘物質(zhì)的量濃度為0.4mol/L和醋酸物質(zhì)的量濃度為0.12mol/L，采用2.7A/ g的表觀電流密度處理410s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纖維； 第3步、取改性環(huán)氧樹脂、改性碳纖維46 Kg、聚苯硫酸22 Kg、聚碳酸醋5 Kg、聚酷胺纖 維1 Kg、K冊(cè)60硅烷偶聯(lián)劑15 Kg、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物5 Kg和玻璃纖維2 Kg，采 用共混注塑成型工藝，具體工藝步驟為現(xiàn)有技術(shù)，其中材料共混溫度控制在289