一种碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种碳纤维复合材料，特别是设及一种碳纤维-环氧树脂复合材料的 制备方法。
【背景技术】：
[0002] 碳纤维主要由碳元素组成，其含碳量一般在90 % W上，具有耐高溫、耐摩擦、导电、 导热及耐腐蚀等特性，与一般碳素材料不同的是，其各向异性显著，柔软，可加工成各种织 物，沿纤维轴向表现出很高的强度。制备碳纤维的主要原材料有人造丝(粘胶纤维）、聚丙締 腊(PAN)纤维和渐青等。环氧树脂具有优良的加工性能和力学性能，其固化收缩率低，粘结 性能优异。碳纤维和树脂能组成性能优异的复合材料，复合材料中树脂的主要作用是把碳 纤维粘在一起，分配碳纤维间的载荷，保护碳纤维不受环境影响。碳纤维复合材料具有优异 的性能，复合材料的比强度为钢的4.8~7.2倍，比模量为钢的3.1~4.2倍，疲劳强度约为钢 的2.5倍、侣的3.3倍，而且高溫性能好，工作溫度达400°C时其强度与模量基本保持不变，此 外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等特性，应用非 常广泛，目前，在自行车配件方面，碳纤维复合材料的应用也越来越多。
[0003] 例如，公开号为CN104448729A、公开日为2015.03.25、申请人为天津市大城工贸有 限公司的中国专利公开了 "一种自行车用碳纤维复合材料及其制备方法"，该复合材料包括 W下组分和重量分数:热塑性树脂45 %-68 %、黏合树脂3 % -6 %、石墨締0.05 %-0.1 %、固 化剂1 % -2.5 %、相容剂2 % -3 %、润滑剂0.6 % -2.4 %、抗氧剂0.5 % -2.5 %、碳纤维5 % - 42%;热塑性树脂为聚对苯二甲酸下二醇醋，黏合树脂为环氧树脂、酪醒树脂或聚氨基树脂 中的任意一种，所述的石墨締粉为片状石墨締粉末，片状石墨締粉末的厚度为1~15nm。该 碳纤维复合材料，比纯的碳纤维的性能更好，制作出来的自行车质量更低，强度更好，外观 看上去更美观，能够有更好的光泽度，不易毁坏，更容易成型，生产成本相对偏低，更易普及 使用，而且制备运种碳纤维复合材料的生产要求高，设备投出相对较低，有助于小型企业生 产和使用，易于推广和普及。不过，该复合材料存在抗紫外老化性不佳的缺陷，在户外长期 使用时会受到紫外线老化的影响。
【发明内容】
：
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法，审U 备出的复合材料具有较好的抗紫外老化性。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0006] -种碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤如下：
[0007] (1)将等重量的玉竹和葡萄叶干燥至恒重，粉碎后过40目筛，得到混合粉，将混合 粉溶于蒸馈水中加热至55°C回流1小时，转入超声波提取器55°C下超声提取1小时，真空抽 滤得到混合提取物备用；
[000引（2)将碳纤维短切为1mm后放于离屯、管中，加入二甲基亚讽水溶液，将离屯、管放于 超声波清洗器中75°C下超声蚀刻处理7小时，取出后用蒸馈水洗涂20分钟，风干后得到蚀刻 碳纤维备用；
[0009] (3)将重量比为1:3的步骤（1)所得混合提取物和步骤(2)所得蚀刻碳纤维一起加 入混合机，混合速度为50化/min下混合2小时，得到混合碳纤维，将混合碳纤维加入K册60溶 液中磁力揽拌3小时，取出后用烘箱100°C下干燥至恒重，得到改性混合碳纤维；
[0010] (4)将步骤(3)所得改性混合碳纤维织成碳纤维布，按照1:1的重量比将碳纤维布 浸润于环氧组合物中，同向逐层铺于90°C的加热板上，保溫30分钟后用热压机热压固化，空 冷至80°C后泄压，得到碳纤维-环氧树脂复合材料，其中，环氧组合物由重量比为100:(50- 60): (10-15)的环氧树脂、固化剂、稀释剂组成。
[0011] 优选地，本发明所述步骤(1)中，混合粉与蒸馈水的重量比为1:100。
[0012] 优选地，本发明所述步骤(1)中，超声提取的功率为270W。
[0013] 优选地，本发明所述步骤(2)中，二甲基亚讽水溶液的浓度为90%。
[0014] 优选地，本发明所述步骤(2)中，超声蚀刻处理的超声频率为45kHz。
[0015] 优选地，本发明所述步骤(3)中，K册60溶液的浓度为2%。
[0016] 优选地，本发明所述步骤(4)中，热压固化的压力为0.9MPa，固化过程为50°C固化 30分钟，60 °C固化1小时，75 °C固化1小时，85 °C固化1小时，110 °C固化小时。
[0017] 优选地，本发明所述步骤(4)中，环氧树脂为环氧树脂E-44或环氧树脂E-54。
[0018] 优选地，本发明所述步骤(4)中，固化剂为己二胺。
[0019] 优选地，本发明所述步骤(4)中，稀释剂为丙酬。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0021] 玉竹为百合科黄精属多年生草本植物，其提取物在UVA波段具有很好的吸收效果， 葡萄叶的提取物含有白襲芦醇，研究显示其在UVB波段具有很好的吸收效果，本发明将两者 复配起来制得具有广谱吸收能力的紫外线吸收剂，为了避免复合材料复合过程中高溫环境 对其的破坏，本发明对碳纤维进行了超声蚀刻，在碳纤维表面蚀刻出大量沟槽，与紫外线吸 收剂混合后紫外线吸收剂进入沟槽，耐高溫的碳纤维可起到热保护作用，此外，为了改善碳 纤维与环氧树脂之间的相容性，本发明通过硅烷偶联剂-K册60对其进行了表面改性，K册60 水解形成的部分娃径基与碳纤维表面发生了化学键合，另一部分娃径基与环氧树脂发生化 学键合，大大提高了碳纤维与环氧树脂之间的相容性和界面结合力，吸附于碳纤维内的紫 外线吸收剂可充分发挥其紫外线吸收能力，从而大大提高了复合材料的抗紫外老化性;此 夕h本发明采用的紫外线吸收剂来源于天然植物，因此还可有效提高复合材料的环保性能。
【具体实施方式】：
[0022] 下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例W及说明 用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0023] 实施例1
[0024] 碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤如下：
[0025] (1)将等重量的玉竹和葡萄叶干燥至恒重，粉碎后过40目筛，得到混合粉，将混合 粉溶于蒸馈水中加热至55°C回流1小时，混合粉与蒸馈水的重量比为1:100,转入超声波提 取器55°C、功率为270W下超声提取1小时，真空抽滤得到混合提取物备用；
[00%] (2)将碳纤维短切为1mm后放于离屯、管中，加入浓度为90%的二甲基亚讽水溶液， 将离屯、管放于超声波清洗器中75°C、超声频率为45kHz下超声蚀刻处理7小时，取出后用蒸 馈水洗涂20分钟，风干后得到蚀刻碳纤维备用；
[0027] (3)将重量比为1:3的步骤（1)所得混合提取物和步骤(2)所得蚀刻碳纤维一起加 入混合机，混合速度为50化/min下混合2小时，得到混合碳纤维，将混合碳纤维加入浓度为 2%的K册60溶液中磁力揽拌3小时，取出后用烘箱100°C下干燥至恒重，得到改性混合碳纤 维；
[0028] (4)将步骤(3)所得改性混合碳纤维织成碳纤维布，按照1:1的重量比将碳纤维布 浸润于环氧组合物中，同向逐层铺于90°C的加热板上，保溫30分钟后用热压机热压固化，热 压固化的压力为0.9M化，固化过程为50°C固化30分钟，60°C固化1小时，75 °C固化1小时，85 °C固化1小时，110°C固化小时，空冷至80°C后泄压，得到碳纤维-环氧树脂复合材料，其中， 环氧组合物由重量比为100:54:11的环氧树脂E-44、己二胺、丙酬组成。
[0029] 实施例2
[0030] 碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤如下：
[0031] (1)将等重量的玉竹和葡萄叶干燥至恒重，粉碎后过40目筛，得到混合粉，将混合 粉溶于蒸馈水中加热至55°C回流1小时，混合粉与蒸馈水的重量比为1:100,转入超声波提 取器55°C、功率为270W下超声提取1小时，真空抽滤得到混合提取物备用；
[0032] (2)将碳纤维短切为1mm后放于离屯、管中，加入浓度为90%的二甲基亚讽水溶液， 将离屯、管放于超声波清洗器中75°C、超声频率为45kHz下超声蚀刻处理7小时，取出后用蒸 馈水洗涂20分钟，风干后得到蚀刻碳纤维备用；
[0033] (3)将重量比为1:3的步骤（1)所得混合提取物和步骤(2)所得蚀刻碳纤维一起加 入混合机，混合速度为50化/min下混合2小时，得到混合碳纤维，将混合碳纤维加入浓度为 2%的K册60溶液中磁力揽拌3小时，取出后用烘箱100°C下干燥至恒重，得到改性混合碳纤 维；
[0034] (4)将步骤(3)所得改性混合碳纤维织成碳纤维布，按照1:1的重量比将碳纤维布 浸润于环氧组合物中，同向逐层铺于90°C的加热板上，保溫30分钟后用热压机热压固化，热 压固化的压力为0.9M化，固化过程为50°C固化30分钟，60°C固化1小时，75 °C固化1小时，85 °C固化1小时，110°C固化小时，空冷至80°C后泄压，得到碳纤维-环氧树脂复合材料，其中， 环氧组合物由重量比为100:50:10的环氧树脂E-54、己二胺、丙酬组成。
[0035] 实施例3
[0036] 碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤如下：
[0037] (1)将等重量的玉竹和葡萄叶干燥至恒重，粉碎后过40目筛，得到混合粉，将混合 粉溶于蒸馈水中加热至55°C回流1小时，混合粉与蒸馈水的重量比为1:100,转入超声波提 取器55°C、功率为270W下超声提取1小时，真空抽滤得到混合提取物备用；
[0038] (2)将碳纤维短切为1mm后放于离屯、管中，加入浓度为90%的二甲基亚讽水溶液， 将离屯、管放于超声波清洗器中75°C、超声频率为45kHz下超声蚀刻处理7小时，取出后用蒸 馈水洗涂20分钟，风干后得到蚀刻碳纤维备用；
[0039] (3)将重量比为1:3的步骤（1)所得混合提取物和步骤(2)所得蚀刻碳纤维一起加 入混合机，混合速度为50化/min下混合2小时，得到混合碳纤维，将混合碳纤维加入浓度为 2%的Κ册60溶液中磁力揽拌3小时，取出后用烘箱100°C下干燥至恒重，得到改性混合碳纤 维；
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