一种应用于鞋中底板的碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种应用于鞋中底板的碳纤维增强环氧树脂 复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 鞋底较多为发泡橡胶或塑胶等树脂材料制成，具有弹性质软的特性，穿上后脚底 感觉柔软舒适，然此种鞋底也有一定的缺陷，当使用者踩至尖锐物上时，如铁钉等，可能刺 穿鞋底以致脚底受伤。为了防止上述现象，一些鞋底加装上铁垫片等，然铁片重量重，不容 易弯曲造成使用者活动不方便。聚丙烯腈纤维复合板材由于施工灵活方便，工效高，耐腐蚀 性好等原因，在板材加固维护领域中应用得越来越广泛。但目前碳纤维板材料由于质量不 稳定，强度还不足够达到需用强度，板材的抗老化性能也不存在缺陷，制约了聚丙烯腈纤维 复合材料在所需领域的应用。
【发明内容】
[0003] 综上所述，本发明有必要提供一种应用于鞋中底板的碳纤维增强环氧树脂复合材 料的制备方法。
[0004] 此外，还有必要提供一种上述制备方法制得的碳纤维增强环氧树脂复合材料。
[0005] -种碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法，
[0006] 包括以下步骤：
[0007] 1)将纺丝液通过干喷湿纺法制备得到1-1. 5旦的聚丙烯腈纤维，所述纺丝液 是丙烯腈的单聚物，所述丙烯腈聚合物数均分子量为2. 6X 105-4. OX 105,重均分子量为 5X 105-8X 105；
[0008] 2)将步骤1)所述的聚丙烯腈纤维在1000-1200°C的条件下进行热处理20min，得 到聚丙烯腈碳纤维；
[0009] 3)待步骤2)的聚丙烯腈碳纤维冷却后进行强酸电解改性：将聚丙烯腈碳纤维在 盛有强酸性电解液的电解槽中进行电化学改性；
[0010] 4)将步骤3)得到的聚丙烯腈碳纤维切断成长度为8-12_的短切纤维；
[0011] 5)将步骤4)得到的聚丙烯腈碳纤维浸泡在表面改性剂中24小时；
[0012] 6)将以下材料按其重量份用模塑法制备得到复合材料：
[0013] 双酚A环氧树脂：30-40份；
[0014] 苯乙烯：3-5份；
[0015] 步骤5)表面改性的聚丙烯腈碳纤维：50-60份；
[0016] 加工助剂：3-5份。
[0017] 其中，所述双酚A环氧树指的数均分子量60000-80000,重均分子量 100000-150000。
[0018] 其中，所述步骤3)的具体方法是：将碳纤维在盛有强酸性电解液的电解槽中进行 电化学改性，所述的强酸性电解液的pH值为3-4,电流密度为l-2A/m2,电解时间为2-3min， 电解的温度为40-45 °C。
[0019] 其中，所述表面改性剂是由以下成按其重量份组成的：二甲基亚砜10-25份、脂肪 醇聚氧乙烯醚5-10份、双酚A二缩水甘油醚5-10份，表面活性剂10-15份，水40-50份。
[0020] 其中，所述表面活性剂是两性表面活性剂。
[0021] 其中，所述加工助剂是阻燃剂、光稳定剂、抗静电剂、抗氧化剂中的一种或多种。
[0022] 其中，所述抗氧化剂是阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂和有机硫抗氧剂中的一种 或多种。
[0023] 上述的方法制备得到的碳纤维增强环氧树脂复合材料，
[0024] 所述复合材料的抗冲击强度为12. 8KJ/m2以上。
[0025] 其中，所述复合材料的抗弯曲强度为230MPa以上。
[0026] 上述复合材料在鞋中底板材料领域中的应用。
[0027] 所述加工助剂包括但不限于阻燃剂、光稳定剂、抗静电剂和抗氧化剂。所述抗氧化 剂可以是阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂和有机硫抗氧剂。
[0028] 相较现有技术，本发明所述的方法通过对碳纤维表面的改性，通过两次改性，并在 一定的比例条件与环氧树脂在模塑法的条件制备得的碳纤维增强环氧树脂复合材料，硬度 大且其综合的力学性能比较好，可以满足鞋中底板的硬度需求。另外，本发明所述的复合材 料使用的原料可以在一些废料中取得，利于废料循环利用，是一种环境友好的复合材料。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合一些【具体实施方式】对本发明做进一步描述。具体实施例为进一步详细说 明本发明，非限定本发明的保护范围。
[0030] 对本发明所用的材料的说明：
[0031] 本发明所述物质均来源于市售。
[0032] 表面活性剂为烷基二甲基甜菜碱性两性表面活性剂。
[0033] 测试方法
[0034] 复合材料的抗拉伸强度测试：按国标GB/T1040-2006进行，试样形状为哑铃形。
[0035] 复合材料的抗层间剪切强度测试：按JC/T773-82 (96)进行，试样形状为哑铃形。
[0036] 复合材料的抗弯曲强度测试：按国标GB/T9341-2008进行，试样形状为哑铃形。
[0037] 复合材料的抗冲击强度测试：按国标GB/T1043. 1-2008进行，在摆锤式悬臂梁冲 击试验机上进行测试，缺口类型为A。
[0038] 复合材料的硬度测试：用邵氏D型硬度计进行硬度测试。
[0039] 电解改性的条件复合材料力学性的影响
[0040] 实施例1
[0041] 1)将纺丝液通过干喷湿纺法制备得到1旦的聚丙烯腈纤维，所述纺丝液是丙烯腈 的单聚物，所述丙烯腈聚合物数均分子量为2. 6 X 105,重均分子量为5 X 105;
[0042] 2)将步骤1)所述的聚丙烯腈纤维在1000°C的条件下进行热处理20min，得到聚丙 烯腈碳纤维；
[0043] 3)待步骤2)的聚丙烯腈碳纤维冷却后进行强酸电解改性：将聚丙烯腈碳纤维在 盛有强酸性电解液的电解槽中进行电化学改性，将碳纤维在盛有强酸性电解液的电解槽中 进行电化学改性，所述的强酸性电解液的pH值为3,电流密度为lA/m 2,电解时间为2min，电 解的温度为40 C ;
[0044] 4)将步骤3)得到的聚丙烯腈碳纤维切断成长度为10_的短切纤维；
[0045] 5)将步骤4)得到的聚丙烯腈碳纤维浸泡在表面改性剂中24小时；
[0046] 6)将以下材料按其重量份用模塑法制备得到复合材料：
[0047] 双酚A环氧树脂：30份；
[0048] 苯乙烯：3份；
[0049] 步骤5)表面改性的聚丙烯腈碳纤维：50份；
[0050] 加工助剂：3份。
[0051] 其中双酚A环氧树指的数均分子量60000,重均分子量100000。
[0052] 其中，所述表面改性剂是由以下成按其重量份组成的：二甲基亚砜10份、脂肪醇 聚氧乙烯醚5份、双酚A二缩水甘油醚5份，表面活性剂10份，水40份。
[0053] 测试复合材料的各项力学性能，将数据列于表1中。
[0054] 实施例2
[0055] 1)将纺丝液通过干喷湿纺法制备得到1. 5旦的聚丙烯腈纤维，所述纺丝液是丙烯 腈的单聚物，所述丙烯腈聚合物数均分子量为4 X 105,重均分子量为6 X 105;
[0056] 2)将步