一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維3?5份，雙馬來酰亞胺樹脂30?40份，氮化硼2?3份，骨膠1?5份，明礬1?3份，聚酰胺5?10份，固化劑1?2份，交聯(lián)劑0.5?1份。本發(fā)明還公開了該復(fù)合材料的制備方法。該復(fù)合材料耐熱性、電絕緣性、透波性、耐輻射、阻燃性好，力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異，層間強(qiáng)度高，抗沖擊性能優(yōu)異，其制備工藝條件溫和，成本低。
【專利說明】
一種新型碳纖維増強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
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[0002]碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，廣泛應(yīng)用于自行車配件制備領(lǐng)域，但是其抗沖擊性能差，限制了其應(yīng)用。
[0003]雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)以其優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、透波性、耐輻射、阻燃性，良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，成型工藝類似于環(huán)氧樹脂等特點(diǎn)，其比環(huán)氧樹脂具有更好的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性和高濕熱環(huán)境下的抗疲勞性能，現(xiàn)已發(fā)展成繼環(huán)氧樹脂之后可用先進(jìn)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的又一類重要的基體樹脂，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、電子等工業(yè)領(lǐng)域中。
[0004]碳纖維/雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，質(zhì)輕，強(qiáng)度大，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能主要由纖維承擔(dān)大部分載荷，而復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度則主要由纖維與基體間的界面粘結(jié)強(qiáng)度和基體的強(qiáng)度所決定。碳纖維表面的活性基團(tuán)少，反應(yīng)活性低，與基體的粘結(jié)性差，復(fù)合材料界面中存在較多的缺陷，界面粘結(jié)強(qiáng)度低，而且碳纖維復(fù)合材料在垂直纖維方向的力學(xué)性能差，使得碳纖維復(fù)合材料層間強(qiáng)度低，影響了碳纖維復(fù)合材料的整體性能。
[0005]中國專利(201110005064.7)公開了一種碳納米管及功能化碳纖維增強(qiáng)馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，首先將碳納米管羧基化然后在碳納米管上引入二元胺或多元胺，得到胺基化的碳納米管，然后與羧基化的碳纖維混合反應(yīng)，在碳纖維表面引入二元胺或多元胺，將碳纖維與雙馬來酰亞胺預(yù)聚合反應(yīng)，得到功能化的碳纖維表面接枝有雙馬來酰亞胺樹脂的增強(qiáng)體;將胺基化的碳納米管與雙馬來酰亞胺樹脂反應(yīng)，獲得碳納米管強(qiáng)韌的雙馬來酰亞胺樹脂的基體;然后將二者混合，得到碳納米管及功能化碳纖維增強(qiáng)馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，該復(fù)合材料力學(xué)性能好，層間強(qiáng)度高，抗沖擊性能優(yōu)異，但是制備工藝復(fù)雜，條件不易控制，制備成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的是提供一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其耐熱性、電絕緣性、透波性、耐輻射、阻燃性好，力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異，層間強(qiáng)度高，抗沖擊性能優(yōu)異。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該復(fù)合材料的制備方法，其制備方法簡單，工藝條件溫和。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0010]碳纖維3-5份，
[0011]雙馬來酰亞胺樹脂30-40份，
[0012]氮化硼2-3份，骨膠1-5份，
[0013]明礬1-3份，聚酰胺5-10份，
[0014]固化劑1-2份，交聯(lián)劑0.5-1份。
[0015]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0016]碳纖維3.5份，
[0017]雙馬來酰亞胺樹脂40份，
[0018]氮化硼2份，骨膠3份，
[0019]明礬2.5份，聚酰胺8份，
[0020]固化劑1.3份，交聯(lián)劑0.8份。
[0021]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述碳纖維的直徑大小為0.8-1μπι，長度為1_2μπι，其在和雙馬來酰胺樹脂混合之前進(jìn)行了羧基化。
[0022]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述氮化硼為二維氮化硼納米片，其厚度為5-10nm。
[0023]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述固化劑為1-癸烷基-2-乙基咪唑、I，3二苯基-2-甲基咪唑中的一種或多種混合。
[0024]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述交聯(lián)劑為I，2二氫_3，6噠嗪二酮、順丁烯二酰肼、KH550、KH570中的一種或多種混合。
[0025]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0026](I)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在60-80°C下捏合10-20min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至120-150°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0027](2)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣20-30min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，150-180°C下固化l_2h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
[0028]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(I)中，所述羧基化的碳纖維的制備方法為:將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲l_2h，然后暗室放置12_24h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維。
[0029]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，硝酸和檸檬酸的體積比為3:1，該混合酸溶液的質(zhì)量濃度為1.5-2mol/Lo
[0030]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述超聲的功率為400W。
[0031]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0032]本發(fā)明首先將碳纖維進(jìn)行羧基化，使其表面具有較多的活性基團(tuán)，使其通過交聯(lián)劑與雙馬來酰亞胺樹脂交聯(lián)在一起形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而得到的復(fù)合材料層間強(qiáng)度大，抗沖擊性能優(yōu)異;另一方面，本發(fā)明加入骨膠，其粘結(jié)能力強(qiáng)，柔韌性大，使得碳纖維和雙馬來酰亞胺樹脂的界面強(qiáng)度大，韌性好，且氮化硼納米片的加入，其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合材料的抗沖擊性能大大提高；
[0033]本發(fā)明提供的復(fù)合材料制備方法簡單，工藝條件溫和，易于操作控制，且制備成本低。
【具體實(shí)施方式】
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[0034]為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于介紹本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
[0035]實(shí)施例1
[0036]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0037]碳纖維3份，
[0038]雙馬來酰亞胺樹脂30份，
[0039]氮化硼2份，骨膠I份，
[0040]明礬I份，聚酰胺5份，
[0041]固化劑I份，交聯(lián)劑0.5份。
[0042]其制備方法包括以下步驟:
[0043](I)將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲l-2h，然后暗室放置12h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維；
[0044](2)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在60°C下捏合lOmin，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至120°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0045](3)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣20min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，150°C下固化lh，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
[0046]實(shí)施例2
[0047]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0048]碳纖維5份，
[0049]雙馬來酰亞胺樹脂40份，
[0050]氮化硼3份，骨膠5份，
[0051]明礬3份，聚酰胺10份，
[0052]固化劑2份，交聯(lián)劑I份。
[0053]其制備方法包括以下步驟:
[0054](I)將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲2h，然后暗室放置24h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維；
[0055](2)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在80°C下捏合20min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至150°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0056](3)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣30min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，180°C下固化2h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
[0057]實(shí)施例3
[0058]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0059]碳纖維3.5份，
[0060]雙馬來酰亞胺樹脂32份，
[0061]氮化硼2.2份，骨膠2份，
[0062]明礬1.5份，聚酰胺6份，
[0063]固化劑1.2份，交聯(lián)劑0.6份。
[0064]其制備方法包括以下步驟:
[0065](I)將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲1.2h，然后暗室放置14h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維；
[0066](2)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在65°C下捏合12min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至130°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0067](3)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣25min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，160°C下固化1.2h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
[0068]實(shí)施例4
[0069]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0070]碳纖維4份，
[0071]雙馬來酰亞胺樹脂34份，
[0072]氮化硼2.4份，骨膠3份，
[0073]明礬2份，聚酰胺7份，
[0074]固化劑1.4份，交聯(lián)劑0.7份。
[0075]其制備方法包括以下步驟:
[0076](I)將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲1.4h，然后暗室放置18h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維；
[0077](2)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在70°C下捏合14min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至135°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0078](3)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣30min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，170°C下固化1.4h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
[0079]實(shí)施例5
[0080]一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0081]碳纖維4.5份，
[0082]雙馬來酰亞胺樹脂36份，
[0083]氮化硼2.6份，骨膠4份，
[0084]明礬2.5份，聚酰胺8份，
[0085]固化劑1.6份，交聯(lián)劑0.8份。
[0086]其制備方法包括以下步驟:
[0087](I)將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲1.6h，然后暗室放置20h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維；
[0088](2)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在75°C下捏合16min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至140°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0089](3)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣25min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，170°C下固化1.6h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
[0090]實(shí)施例6
[0091]—種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分:
[0092]碳纖維5份，
[0093]雙馬來酰亞胺樹脂38份，
[0094]氮化硼2.8份，骨膠4.5份，
[0095]明礬3份，聚酰胺9份，
[0096]固化劑1.8份，交聯(lián)劑0.9份。
[0097]其制備方法包括以下步驟:
[0098](I)將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲1.8h，然后暗室放置22h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維；
[0099](2)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在70°C下捏合18min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至140°C，攪拌混合均勻，得到混合物料；
[0100](3)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120±5°C下真空除氣30min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，180°C下固化2h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其特征在于，以重量份計(jì)，包括以下組分: 碳纖維3-5份， 雙馬來酰亞胺樹脂30-40份， 氮化硼2-3份，骨膠1-5份， 明礬1-3份，聚酰胺5-10份， 固化劑1-2份，交聯(lián)劑0.5-1份。2.如權(quán)利要求1所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其特征在于，以重量份計(jì)，包括以下組分: 碳纖維3.5份， 雙馬來酰亞胺樹脂40份， 氮化硼2份，骨膠3份， 明礬2.5份，聚酰胺8份， 固化劑1.3份，交聯(lián)劑0.8份。3.如權(quán)利要求1所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述碳纖維的直徑大小為0.8-1μπι，長度為1_2μπι，其在和雙馬來酰胺樹脂混合之前進(jìn)行了羧基化。4.如權(quán)利要求1所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述氮化硼為二維氮化硼納米片，其厚度為5-10nm。5.如權(quán)利要求1所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述固化劑為1-癸烷基-2-乙基咪唑、I，3二苯基-2-甲基咪唑中的一種或多種混合。6.如權(quán)利要求1所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料，其特征在于，所述交聯(lián)劑為I，2二氫-3，6噠嗪二酮、順丁烯二酰肼、KH550、KH570中的一種或多種混合。7.如權(quán)利要求1至6任一所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將羧基化的碳纖維、氮化硼、骨膠和明礬，混合攪拌均勻，在60-80°C下捏合10-20min，繼續(xù)加入雙馬來酰亞胺樹脂、交聯(lián)劑，升溫至120-150°C，攪拌混合均勻，得到混合物料； (2)將步驟(I)得到的混合物料轉(zhuǎn)移至預(yù)熱的玻璃模具中，120± 5 °C下真空除氣20-30min，然后加入固化劑、聚酰胺，攪拌混合均勻，放入烘箱中，150-180 °C下固化I_2h，得到新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料。8.如權(quán)利要求7所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述羧基化的碳纖維的制備方法為:將碳纖維與硝酸、檸檬酸的水溶液混合均勻，無光條件下，超聲l_2h，然后暗室放置12-24h，過濾，干燥，得到羧基化碳纖維。9.如權(quán)利要求8所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，硝酸和檸檬酸的體積比為3:1，該混合酸溶液的質(zhì)量濃度為1.5-2mol/L。10.如權(quán)利要求8所述的一種新型碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰亞胺樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述超聲的功率為400W。
【文檔編號(hào)】C08K9/04GK105838070SQ201610237729
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】嚴(yán)連慶
【申請(qǐng)人】湖州新奧克化工有限公司