一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：碳纤维3?5份，双马来酰亚胺树脂30?40份，氮化硼2?3份，骨胶1?5份，明矾1?3份，聚酰胺5?10份，固化剂1?2份，交联剂0.5?1份。本发明还公开了该复合材料的制备方法。该复合材料耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射、阻燃性好，力学性能和尺寸稳定性优异，层间强度高，抗冲击性能优异，其制备工艺条件温和，成本低。
【专利说明】
一种新型碳纤维増强双马来酰亚胺树脂复合材料及其制备方法
技术领域
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[0001]本发明涉及复合材料技术领域，具体的涉及一种一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
【背景技术】
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[0002]碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，广泛应用于自行车配件制备领域，但是其抗冲击性能差，限制了其应用。
[0003]双马来酰亚胺树脂(BMI)以其优异的耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射、阻燃性，良好的力学性能和尺寸稳定性，成型工艺类似于环氧树脂等特点，其比环氧树脂具有更好的热稳定性、尺寸稳定性和高湿热环境下的抗疲劳性能，现已发展成继环氧树脂之后可用先进结构复合材料的又一类重要的基体树脂，被广泛应用于航空、航天、机械、电子等工业领域中。
[0004]碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料，质轻，强度大，纤维增强复合材料的拉伸强度、弯曲强度等力学性能主要由纤维承担大部分载荷，而复合材料的层间剪切强度则主要由纤维与基体间的界面粘结强度和基体的强度所决定。碳纤维表面的活性基团少，反应活性低，与基体的粘结性差，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘结强度低，而且碳纤维复合材料在垂直纤维方向的力学性能差，使得碳纤维复合材料层间强度低，影响了碳纤维复合材料的整体性能。
[0005]中国专利(201110005064.7)公开了一种碳纳米管及功能化碳纤维增强马来酰亚胺树脂复合材料，首先将碳纳米管羧基化然后在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，得到胺基化的碳纳米管，然后与羧基化的碳纤维混合反应，在碳纤维表面引入二元胺或多元胺，将碳纤维与双马来酰亚胺预聚合反应，得到功能化的碳纤维表面接枝有双马来酰亚胺树脂的增强体;将胺基化的碳纳米管与双马来酰亚胺树脂反应，获得碳纳米管强韧的双马来酰亚胺树脂的基体;然后将二者混合，得到碳纳米管及功能化碳纤维增强马来酰亚胺树脂复合材料，该复合材料力学性能好，层间强度高，抗冲击性能优异，但是制备工艺复杂，条件不易控制，制备成本低。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的是提供一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射、阻燃性好，力学性能和尺寸稳定性优异，层间强度高，抗冲击性能优异。
[0007]本发明的另一个目的是提供该复合材料的制备方法，其制备方法简单，工艺条件温和。
[0008]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0009]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0010]碳纤维3-5份，
[0011]双马来酰亚胺树脂30-40份，
[0012]氮化硼2-3份，骨胶1-5份，
[0013]明矾1-3份，聚酰胺5-10份，
[0014]固化剂1-2份，交联剂0.5-1份。
[0015]作为上述技术方案的优选，一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0016]碳纤维3.5份，
[0017]双马来酰亚胺树脂40份，
[0018]氮化硼2份，骨胶3份，
[0019]明矾2.5份，聚酰胺8份，
[0020]固化剂1.3份，交联剂0.8份。
[0021]作为上述技术方案的优选，所述碳纤维的直径大小为0.8-1μπι，长度为1_2μπι，其在和双马来酰胺树脂混合之前进行了羧基化。
[0022]作为上述技术方案的优选，所述氮化硼为二维氮化硼纳米片，其厚度为5-10nm。
[0023]作为上述技术方案的优选，所述固化剂为1-癸烷基-2-乙基咪唑、I，3二苯基-2-甲基咪唑中的一种或多种混合。
[0024]作为上述技术方案的优选，所述交联剂为I，2二氢_3，6哒嗪二酮、顺丁烯二酰肼、KH550、KH570中的一种或多种混合。
[0025]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0026](I)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在60-80°C下捏合10-20min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至120-150°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0027](2)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气20-30min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，150-180°C下固化l_2h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
[0028]作为上述技术方案的优选，步骤(I)中，所述羧基化的碳纤维的制备方法为:将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声l_2h，然后暗室放置12_24h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维。
[0029]作为上述技术方案的优选，硝酸和柠檬酸的体积比为3:1，该混合酸溶液的质量浓度为1.5-2mol/Lo
[0030]作为上述技术方案的优选，所述超声的功率为400W。
[0031]本发明具有以下有益效果:
[0032]本发明首先将碳纤维进行羧基化，使其表面具有较多的活性基团，使其通过交联剂与双马来酰亚胺树脂交联在一起形成三维网络结构，从而得到的复合材料层间强度大，抗冲击性能优异;另一方面，本发明加入骨胶，其粘结能力强，柔韧性大，使得碳纤维和双马来酰亚胺树脂的界面强度大，韧性好，且氮化硼纳米片的加入，其独特的二维结构，使得复合材料的抗冲击性能大大提高；
[0033]本发明提供的复合材料制备方法简单，工艺条件温和，易于操作控制，且制备成本低。
【具体实施方式】
:
[0034]为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于介绍本发明，不会对本发明构成任何的限定。
[0035]实施例1
[0036]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0037]碳纤维3份，
[0038]双马来酰亚胺树脂30份，
[0039]氮化硼2份，骨胶I份，
[0040]明矾I份，聚酰胺5份，
[0041]固化剂I份，交联剂0.5份。
[0042]其制备方法包括以下步骤:
[0043](I)将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声l-2h，然后暗室放置12h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维；
[0044](2)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在60°C下捏合lOmin，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至120°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0045](3)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气20min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，150°C下固化lh，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
[0046]实施例2
[0047]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0048]碳纤维5份，
[0049]双马来酰亚胺树脂40份，
[0050]氮化硼3份，骨胶5份，
[0051]明矾3份，聚酰胺10份，
[0052]固化剂2份，交联剂I份。
[0053]其制备方法包括以下步骤:
[0054](I)将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声2h，然后暗室放置24h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维；
[0055](2)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在80°C下捏合20min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至150°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0056](3)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气30min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，180°C下固化2h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
[0057]实施例3
[0058]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0059]碳纤维3.5份，
[0060]双马来酰亚胺树脂32份，
[0061]氮化硼2.2份，骨胶2份，
[0062]明矾1.5份，聚酰胺6份，
[0063]固化剂1.2份，交联剂0.6份。
[0064]其制备方法包括以下步骤:
[0065](I)将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声1.2h，然后暗室放置14h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维；
[0066](2)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在65°C下捏合12min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至130°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0067](3)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气25min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，160°C下固化1.2h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
[0068]实施例4
[0069]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0070]碳纤维4份，
[0071]双马来酰亚胺树脂34份，
[0072]氮化硼2.4份，骨胶3份，
[0073]明矾2份，聚酰胺7份，
[0074]固化剂1.4份，交联剂0.7份。
[0075]其制备方法包括以下步骤:
[0076](I)将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声1.4h，然后暗室放置18h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维；
[0077](2)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在70°C下捏合14min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至135°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0078](3)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气30min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，170°C下固化1.4h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
[0079]实施例5
[0080]一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0081]碳纤维4.5份，
[0082]双马来酰亚胺树脂36份，
[0083]氮化硼2.6份，骨胶4份，
[0084]明矾2.5份，聚酰胺8份，
[0085]固化剂1.6份，交联剂0.8份。
[0086]其制备方法包括以下步骤:
[0087](I)将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声1.6h，然后暗室放置20h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维；
[0088](2)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在75°C下捏合16min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至140°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0089](3)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气25min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，170°C下固化1.6h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
[0090]实施例6
[0091]—种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0092]碳纤维5份，
[0093]双马来酰亚胺树脂38份，
[0094]氮化硼2.8份，骨胶4.5份，
[0095]明矾3份，聚酰胺9份，
[0096]固化剂1.8份，交联剂0.9份。
[0097]其制备方法包括以下步骤:
[0098](I)将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声1.8h，然后暗室放置22h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维；
[0099](2)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在70°C下捏合18min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至140°C，搅拌混合均匀，得到混合物料；
[0100](3)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120±5°C下真空除气30min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，180°C下固化2h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。
【主权项】
1.一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分: 碳纤维3-5份， 双马来酰亚胺树脂30-40份， 氮化硼2-3份，骨胶1-5份， 明矾1-3份，聚酰胺5-10份， 固化剂1-2份，交联剂0.5-1份。2.如权利要求1所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分: 碳纤维3.5份， 双马来酰亚胺树脂40份， 氮化硼2份，骨胶3份， 明矾2.5份，聚酰胺8份， 固化剂1.3份，交联剂0.8份。3.如权利要求1所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，所述碳纤维的直径大小为0.8-1μπι，长度为1_2μπι，其在和双马来酰胺树脂混合之前进行了羧基化。4.如权利要求1所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，所述氮化硼为二维氮化硼纳米片，其厚度为5-10nm。5.如权利要求1所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，所述固化剂为1-癸烷基-2-乙基咪唑、I，3二苯基-2-甲基咪唑中的一种或多种混合。6.如权利要求1所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料，其特征在于，所述交联剂为I，2二氢-3，6哒嗪二酮、顺丁烯二酰肼、KH550、KH570中的一种或多种混合。7.如权利要求1至6任一所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将羧基化的碳纤维、氮化硼、骨胶和明矾，混合搅拌均匀，在60-80°C下捏合10-20min，继续加入双马来酰亚胺树脂、交联剂，升温至120-150°C，搅拌混合均匀，得到混合物料； (2)将步骤(I)得到的混合物料转移至预热的玻璃模具中，120± 5 °C下真空除气20-30min，然后加入固化剂、聚酰胺，搅拌混合均匀，放入烘箱中，150-180 °C下固化I_2h，得到新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料。8.如权利要求7所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述羧基化的碳纤维的制备方法为:将碳纤维与硝酸、柠檬酸的水溶液混合均匀，无光条件下，超声l_2h，然后暗室放置12-24h，过滤，干燥，得到羧基化碳纤维。9.如权利要求8所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，其特征在于，硝酸和柠檬酸的体积比为3:1，该混合酸溶液的质量浓度为1.5-2mol/L。10.如权利要求8所述的一种新型碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为400W。
【文档编号】C08K9/04GK105838070SQ201610237729
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】严连庆
【申请人】湖州新奥克化工有限公司