本发明属于机械配件材料技术领域，具体涉及一种用空心玻璃微珠-碳纤维布-玻璃纤维制备增强酚醛-环氧树脂复合材料的方法。
背景技术
酚醛树脂具有优良的力学性能、化学性能以及热性能，位列各类热固性树脂、塑料品种前列。但是纯酚醛树脂性脆，常用其他高分子化合物对其进行改性。酚醛树脂中的酚羟基可以与环氧树脂中的环氧基发生开环反应，同时酚醛树脂中未反应的羟甲基可以与环氧树脂中的羟基形成氢键或脱水，从而提高酚醛的机械性能。玻璃纤维经过接近半个世纪的研究开发，已经成为目前应用最为广泛的纤维材料。碳纤维具有极高的强度，极高的模量，较轻的质量和较好的耐腐蚀性等优良性能，制备了碳纤维布增强酚醛-环氧树脂复合材料。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用空心玻璃微珠-碳纤维布-玻璃纤维制备增强酚醛-环氧树脂复合材料的方法，依照该方法制作的复合材料具有优异的弯曲强度、冲击强度和拉升强度，是一种性能优异的机械配件材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用空心玻璃微珠-碳纤维布-玻璃纤维制备增强酚醛-环氧树脂复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面处理：
向5-10份表面羟基化空心玻璃微珠中1:25-35加入乙醇和水混合溶液，再加入0.5-1份硅烷偶联剂，在80-83℃下加热磁力搅拌1-2h后，边用乙醇清洗边减压抽滤，再放入95-105℃烘箱内加热干燥10-12h；
（2）碳纤维布增强酚醛-环氧树脂复合材料的制备：
将酚醛树脂-环氧树脂溶液加热至60-63℃，搅拌均匀，将碳纤维布裁剪至符合模具的尺寸，在树脂溶液中浸泡1-2h后，取出，置于干燥通风处风干10-12h，在104-106℃烘箱中预热25-35min后放入模具中，在178-182℃热压机中压制35-45min成型；
（3）增强酚醛-环氧树脂复合材料的制备：
将90-100份环氧树脂放入100-103℃的加热套中搅拌成水状，加入20-25份等离子体改性处理的玻璃纤维，在搅拌机中机械搅拌混合20-25min，在50-52℃水浴中超声处理50-60min，充分混合，加入72-80份固化剂、0.7-0.8份促进剂及(1)、(2)中所得物料，在50-52℃水浴中超声处理15-20min，用真空泵抽真空20-25min，倒入模具中，继续抽真空10-15min，放入干燥箱中加热固化，自然冷却至室温，得到增强酚醛-环氧树脂复合材料。
进一步的，步骤（1）中空心玻璃微珠表面预处理：向空心玻璃微珠中1:5-10加入去离子水充分搅拌，静置1-2h，将上层漂浮微珠抽滤干燥处理后，1:25-35加入浓度为0.2-0.4mol/l的氢氧化钠溶液中，在80-83℃下回流搅拌1-2h，水洗至ph为中性，减压抽滤后，在95-105℃下干燥10-12h，得到表面羟基化空心玻璃微珠；
乙醇和水混合溶液是按体积比为1:2-4混合而成，硅烷偶联剂为kh591或kh553。
进一步的，步骤（2）中配制环氧树脂e51质量比为20-30%的酚醛树脂-环氧树脂溶液，碳纤维布含量为65-75%，热压压力为8-12mpa。
进一步的，步骤（3）中玻璃纤维的低温等离子体改性处理：将经过偶联剂kh560处理的直径为10-12µm、长度为0.1-0.2mm的短切无碱玻璃纤维，放入含有丙酮的超声波清洗机中清洗30-35min，再放入烘箱中干燥9-10h，在电源频率10-12khz、工作电压18-22kv、放电功率65-75w、工作温度为24-26℃的空气中进行等离子体表面改性处理170-190s。
进一步的，步骤（3）中环氧树脂为双酚a型环氧树脂e-51，固化剂为甲基四氢苯酐，促进剂为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚；加热固化为在100-110℃下加热1-2h、在120-130℃下加热2-3h、在140-150℃下加热1-2h。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）采用氢氧化钠溶液对空心玻璃微珠表面进行预处理，提高其表面的羟基含量，提高硅烷偶联剂与空心玻璃微珠反应的活性；硅烷偶联剂改性空心玻璃微珠后制备的复合材料的压缩性能、拉伸性能和弯曲性能都得到改善；
用碳纤维布增强酚醛-环氧树脂复合材料体系，复合材料的弯曲强度、冲击强度较纯酚醛树脂都得到了提高。
（2）采用低温等离子体对玻璃纤维进行改性，在空气中经等离子体处理后玻璃纤维表面出现刻蚀痕迹，并引入了新的含氧极性官能团，这二者相互作用可以提高玻璃纤维与环氧树脂的界面结合强度；等离子体改性玻璃纤维在环氧树脂中分散的更加均匀，力学性能有所提升，拉升强度、弯曲强度较优。
具体实施方式
实施例1
一种用空心玻璃微珠-碳纤维布-玻璃纤维制备增强酚醛-环氧树脂复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面处理：
向5份表面羟基化空心玻璃微珠中1:25加入乙醇和水混合溶液，再加入0.5份硅烷偶联剂，在80-83℃下加热磁力搅拌1h后，边用乙醇清洗边减压抽滤，再放入95-105℃烘箱内加热干燥10h；
（2）碳纤维布增强酚醛-环氧树脂复合材料的制备：
将酚醛树脂-环氧树脂溶液加热至60-63℃，搅拌均匀，将碳纤维布裁剪至符合模具的尺寸，在树脂溶液中浸泡1h后，取出，置于干燥通风处风干10h，在104-106℃烘箱中预热25min后放入模具中，在178-182℃热压机中压制35min成型；
（3）增强酚醛-环氧树脂复合材料的制备：
将90份环氧树脂放入100-103℃的加热套中搅拌成水状，加入20份等离子体改性处理的玻璃纤维，在搅拌机中机械搅拌混合20min，在50-52℃水浴中超声处理50min，充分混合，加入72份固化剂、0.7份促进剂及(1)、(2)中所得物料，在50-52℃水浴中超声处理15min，用真空泵抽真空20min，倒入模具中，继续抽真空10min，放入干燥箱中加热固化，自然冷却至室温，得到增强酚醛-环氧树脂复合材料。
进一步的，步骤（1）中空心玻璃微珠表面预处理：向空心玻璃微珠中1:5加入去离子水充分搅拌，静置1h，将上层漂浮微珠抽滤干燥处理后，1:25加入浓度为0.2mol/l的氢氧化钠溶液中，在80-83℃下回流搅拌1h，水洗至ph为中性，减压抽滤后，在95-105℃下干燥10h，得到表面羟基化空心玻璃微珠；
乙醇和水混合溶液是按体积比为1:2混合而成，硅烷偶联剂为kh591或kh553。
进一步的，步骤（2）中配制环氧树脂e51质量比为20%的酚醛树脂-环氧树脂溶液，碳纤维布含量为65%，热压压力为8mpa。
进一步的，步骤（3）中玻璃纤维的低温等离子体改性处理：将经过偶联剂kh560处理的直径为10µm、长度为0.1mm的短切无碱玻璃纤维，放入含有丙酮的超声波清洗机中清洗30min，再放入烘箱中干燥9h，在电源频率10khz、工作电压18kv、放电功率65w、工作温度为24-26℃的空气中进行等离子体表面改性处理170s。
进一步的，步骤（3）中环氧树脂为双酚a型环氧树脂e-51，固化剂为甲基四氢苯酐，促进剂为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚；加热固化为在100-110℃下加热1h、在120-130℃下加热2h、在140-150℃下加热1h。
实施例2
一种用空心玻璃微珠-碳纤维布-玻璃纤维制备增强酚醛-环氧树脂复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面处理：
向10份表面羟基化空心玻璃微珠中1:35加入乙醇和水混合溶液，再加入1份硅烷偶联剂，在80-83℃下加热磁力搅拌2h后，边用乙醇清洗边减压抽滤，再放入95-105℃烘箱内加热干燥12h；
（2）碳纤维布增强酚醛-环氧树脂复合材料的制备：
将酚醛树脂-环氧树脂溶液加热至60-63℃，搅拌均匀，将碳纤维布裁剪至符合模具的尺寸，在树脂溶液中浸泡2h后，取出，置于干燥通风处风干12h，在104-106℃烘箱中预热35min后放入模具中，在178-182℃热压机中压制45min成型；
（3）增强酚醛-环氧树脂复合材料的制备：
将100份环氧树脂放入100-103℃的加热套中搅拌成水状，加入25份等离子体改性处理的玻璃纤维，在搅拌机中机械搅拌混合25min，在50-52℃水浴中超声处理60min，充分混合，加入80份固化剂、0.8份促进剂及(1)、(2)中所得物料，在50-52℃水浴中超声处理20min，用真空泵抽真空25min，倒入模具中，继续抽真空15min，放入干燥箱中加热固化，自然冷却至室温，得到增强酚醛-环氧树脂复合材料。
进一步的，步骤（1）中空心玻璃微珠表面预处理：向空心玻璃微珠中1:10加入去离子水充分搅拌，静置2h，将上层漂浮微珠抽滤干燥处理后，1:35加入浓度为0.4mol/l的氢氧化钠溶液中，在80-83℃下回流搅拌2h，水洗至ph为中性，减压抽滤后，在95-105℃下干燥12h，得到表面羟基化空心玻璃微珠；
乙醇和水混合溶液是按体积比为1:4混合而成，硅烷偶联剂为kh591或kh553。
进一步的，步骤（2）中配制环氧树脂e51质量比为30%的酚醛树脂-环氧树脂溶液，碳纤维布含量为75%，热压压力为12mpa。
进一步的，步骤（3）中玻璃纤维的低温等离子体改性处理：将经过偶联剂kh560处理的直径为12µm、长度为0.2mm的短切无碱玻璃纤维，放入含有丙酮的超声波清洗机中清洗35min，再放入烘箱中干燥10h，在电源频率12khz、工作电压22kv、放电功率75w、工作温度为24-26℃的空气中进行等离子体表面改性处理190s。
进一步的，步骤（3）中环氧树脂为双酚a型环氧树脂e-51，固化剂为甲基四氢苯酐，促进剂为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚；加热固化为在100-110℃下加热2h、在120-130℃下加热3h、在140-150℃下加热2h。
按照本发明方法制作的复合材料具有优异的弯曲强度、冲击强度和拉升强度，是一种性能优异的机械配件材料，拉升强度平均为67mpa，弯曲强度平均为269mpa，冲击强度平均为69kj·m-2。