一种改性邻苯二甲腈树脂基复合材料及其制备方法

1.本发明涉及树脂基复合材料技术领域，尤其涉及一种改性邻苯二甲腈树脂基复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.邻苯二甲腈树脂基复合材料具有良好的热稳定性、力学性能、耐高温、耐烧蚀，在航空航天、微电子和半导体器件方面具有广泛的应用前景。但邻苯二甲腈树脂基复合材料在成型的过程中需要用到低沸点溶剂，这些低沸点溶剂在固化的过程中如果不能完全去除，不仅会导致产品内部出现气孔和缺陷，还会释放有害气体，污染环境。
3.为了解决上述问题，目前主要采用与其他树脂共混来充当溶剂的方式。但是如果将邻苯二甲腈树脂与其他树脂直接共混的话，邻苯二甲腈树脂基复合材料的力学性能会产生较大程度的下降。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种改性邻苯二甲腈树脂基复合材料及其制备方法。所述制备方法提高了邻苯二甲腈树脂的力学性能。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种改性邻苯二甲腈树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
7.将邻苯二甲腈树脂与氧化石墨烯混合，进行改性，得到改性邻苯二甲腈树脂；
8.将所述改性邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺混合，得到预浸液；
9.将碳纤维布置于所述预浸液中进行浸渍，得到预浸料；
10.将所述预浸料层叠铺设后，依次进行压制和固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂基复合材料。
11.优选的，所述邻苯二甲腈树脂与氧化石墨烯的质量比为(20～25)：1。
12.优选的，所述改性包括依次进行的搅拌和超声；
13.所述搅拌的温度为60～80℃，转速为200～350rpm，时间为2～5h；
14.所述超声的时间为15～30min。
15.优选的，所述邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺的质量比为(4～7)：1。
16.优选的，所述改性邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺的混合在搅拌的条件下进行；
17.所述搅拌的温度为70～90℃，转速为200～350rpm，时间为2～5h。
18.优选的，所述层叠铺设的层数为15～20层。
19.优选的，所述压制在真空条件下进行。
20.优选的，所述压制的温度为180～200℃，压力为0.5～2mpa，时间为2～3h。
21.优选的，所述固化成型的过程为：依次在150～180℃保温1～2.5小时，在190～230℃保温1～2.5h，在230～260℃保温1～1.5h。
22.本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性邻苯二甲腈树脂
基复合材料。
23.本发明提供了一种改性邻苯二甲腈树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将邻苯二甲腈树脂与氧化石墨烯混合，进行改性，得到改性邻苯二甲腈树脂；将改性邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺混合，得到预浸液；将碳纤维布置于所述预浸液中进行浸渍，得到预浸料；将所述预浸料层叠铺设后，依次进行压制和固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂基复合材料。本发明先利用石墨烯对邻苯二甲腈树脂进行改性后，将其与双马来酰胺混合得到的预浸料浸渍碳纤维布，可以实现石墨烯之间相互连接并与碳纤维布上的纤维均匀结合，石墨烯在结构上纵横交错高度融合，提升纤维的强度与韧性；同时，这种结构的存在也在一定程度上提升了邻苯二甲腈树脂基复合材料的热稳定性，然后利用双马来亚酰胺树脂替代有毒的低沸点溶剂可以避免低沸点溶剂的使用带来的导致产品内部出现气孔和缺陷，还会释放有害气体污染环境的问题。
具体实施方式
24.本发明提供了一种改性邻苯二甲腈树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
25.将邻苯二甲腈树脂与氧化石墨烯混合，进行改性，得到改性邻苯二甲腈树脂；
26.将所述改性邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺混合，得到预浸液；
27.将碳纤维布置于所述预浸液中进行浸渍，得到预浸料；
28.将所述预浸料层叠铺设后，依次进行压制和固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂基复合材料。
29.在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
30.本发明将邻苯二甲腈树脂与氧化石墨烯混合，进行改性，得到改性邻苯二甲腈树脂。
31.在本发明中，所述邻苯二甲腈树脂与氧化石墨烯的质量比优选为(20～25)：1，更优选为(21～24)：1，最优选为(22～23)：1。
32.在本发明中，所述改性优选包括依次进行的搅拌和超声。在本发明中，所述搅拌的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为68～72℃；所述搅拌的转速优选为200～350rpm，更优选为250～300rpm；所述搅拌的时间优选为2～5h，更优选为3～4h。在本发明中，所述超声的频率优选为45～80mhz，更优选为45～65mhz；时间优选为15～30min，更优选为20～25min。
33.在本发明中，所述改性的过程中氧化石墨烯之间形成网状结构并与邻苯二甲腈树脂均匀结合。
34.得到改性邻苯二甲腈树脂后，本发明将改性邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺混合，得到预浸液。
35.在本发明中，所述邻苯二甲腈树脂与双马来亚酰胺的质量比优选为(4～7)：1，更优选为(5～6)：1。
36.在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的温度优选为70～90℃，更优选为75～85℃，最优选为78～82℃；转速优选为200～350rpm，更优选为250～300rpm；时间优选为2～5h，更优选为3～4h。
37.得到预浸液后，本发明将碳纤维布置于所述预浸液中进行浸渍，得到预浸料。
38.本发明对所述碳纤维布没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
39.在本发明中，每15～20块尺寸为20
×
20cm的碳纤维布所需预浸液的质量优选为100～150g。
40.在本发明中，所述浸渍的温度优选为30～60℃，更优选为40～50℃；所述浸渍的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。
41.得到预浸料后，本发明将所述预浸料层叠铺设后，依次进行压制和固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂基复合材料。
42.在本发明中，所述层叠铺设的层数优选为15～20层，更优选为16～18层。
43.在本发明中，所述压制优选在真空条件下进行，所述压制的温度优选为180～200℃，更优选为185～195℃，最优选为188～192℃；所述压制的压力优选为0.5～2mpa，更优选为1.0～1.5mpa；所述压制的时间优选为2～3h，更优选为2.2～2.6h。
44.在本发明中，所述固化成型的过程优选为：依次在150～180℃保温1～2.5小时，在190～230℃保温1～2.5h，在230～260℃保温1～1.5h；更优选为：依次在155～175℃保温1.3～2.1小时，在195～220℃保温1.3～2.1h，在235～255℃保温1.3～2.1h；最优选为：依次在160～170℃保温1.5～2.0小时，在200～210℃保温1.5～2.0h，在240～250℃保温1.5～2.0h。
45.在本发明中，以上述梯度加热的方式进行固化成型可以使纤维布更均匀的成型。
46.本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性邻苯二甲腈树脂基复合材料。
47.下面结合实施例对本发明提供的改性邻苯二甲腈树脂复合材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
48.实施例1
49.将100g邻苯二甲腈树脂和5g氧化石墨烯混合，在60℃，200rpm的条件下搅拌5h后，超声20min(频率为45mhz)，得到改性邻苯二甲腈树脂；
50.将所述改性邻苯二甲腈树脂和25g双马来亚酰胺树脂混合，在70℃，200rpm的条件下搅拌2h，得到预浸料；
51.将15块尺寸为20
×
20cm的碳纤维布置于所述预浸料中进行浸渍2h，得到预浸料；
52.将上述15块预浸料进行层叠铺设15层，抽真空，在180℃，0.5mpa的条件下压制2h后，依次在150℃保温1小时，在190℃保温1.5h，在230℃保温1.5h，进行固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂复合材料。
53.实施例2
54.将100g邻苯二甲腈树脂和5g氧化石墨烯混合，在70℃，250rpm的条件下搅拌5h后，超声20min(频率为45mhz)，得到改性邻苯二甲腈树脂；
55.将所述改性邻苯二甲腈树脂和25g双马来亚酰胺树脂混合，在90℃，300rpm的条件下搅拌2.5h，得到预浸料；
56.将16块尺寸为20
×
20cm的碳纤维布置于所述预浸料中进行浸渍1.5h，得到预浸料；
57.将上述16块预浸料进行层叠铺设16层，抽真空，在190℃，1mpa的条件下压制2.5h
后，依次在180℃保温1小时，在190℃保温1h，在230℃保温1h，进行固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂复合材料。
58.实施例3
59.将100g邻苯二甲腈树脂和4g氧化石墨烯混合，在80℃，350rpm的条件下搅拌5h后，超声30min(频率为45mhz)，得到改性邻苯二甲腈树脂；
60.将所述改性邻苯二甲腈树脂和20g双马来亚酰胺树脂混合，在90℃，350rpm的条件下搅拌5h，得到预浸料；
61.将20块尺寸为20
×
20cm的碳纤维布置于所述预浸料中进行浸渍2.5h，得到预浸料；
62.将上述20块预浸料进行层叠铺设20层，抽真空，在200℃，2mpa的条件下压制3h后，依次在180℃保温2.5小时，在230℃保温2.5h，在260℃保温1.5h，进行固化成型，得到改性邻苯二甲腈树脂复合材料。
63.对比例1
64.将100g邻苯二甲腈树脂和25g双马来亚酰胺树脂混合，在60℃，200rpm的条件下搅拌5h后，超声20min(频率为80mhz)，得到预浸料；
65.将15块尺寸为20
×
20cm的碳纤维布置于所述预浸料中进行浸渍2h，得到预浸料；
66.将上述15块预浸料进行层叠铺设15层，抽真空，在180℃，0.5mpa的条件下压制2h后，依次在150℃保温1.5小时，在190℃保温1.5h，在230℃保温1h，进行固化成型，得到邻苯二甲腈树脂复合材料。
67.测试例
68.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行拉伸强度的测试；
69.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行拉伸模量的测试；
70.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行弯曲强度的测试；
71.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行弯曲模量的测试；
72.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行层间剪切的测试；
73.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行压缩强度的测试；
74.按照astm e8标准，将实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料进行压缩模量的测试；
75.测试结果如表1所示：
76.表1实施例1～3制备得到的改性邻苯二甲腈树脂复合材料和对比例1制备得到的邻苯二甲腈树脂复合材料的力学性能
[0077][0078][0079]
由表1可知，本发明所述制备方法提高了邻苯二甲腈树脂的力学性能和热稳定性能。
[0080]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。