一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法
【专利说明】-种耐冲击高初性碳纤维复合材料的制备方法
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技术领域
[0002] 本发明公开一种耐冲击高初性碳纤维复合材料的制备方法，属于材料工程技术领 域，具体为树脂增强型碳纤维复合材料的制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 碳纤维材料是现今最受重视的高性能材料之一，兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软 可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。而且在化学性能上，碳纤维的化学性 质与碳相似，除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的，对一般的有机溶剂、酸、碱都具 有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性较好，完全不存在生诱的问题。因此，碳纤维被成为新 材料之王。
[0005] 鉴于碳纤维的优良性能，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛 应用。从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。 目前，广受欢迎的碳纤维自行车，主要在车架(碳架）、前叉、轮组(碳刀车圈）等部件使用碳 纤维，不仅重量减轻，性能反而更为优良。但是，由于碳纤维复合材料制备工艺上的限制，目 前自行车所使用的碳纤维复合材料质量也参差不齐，一般在耐冲击性能、耐候性能和初性 性能上的表现较为不足。
[0006] CN 104974471A专利文献公开了 "一种高耐热、高初性环氧树脂碳纤维复合材料的 制备方法"，具体公开了环氧树脂和碳纤维复合材料的制备工艺，将液态环氧树脂与固态环 氧树脂在90~95°C揽拌，混合完全后，得到混合液A;将上述混合液A与核壳橡胶在70~75°C 下揽拌，混合完全后，得到混合液B;向上述混合液B中加入固化剂，在70~75°C下，揽拌均匀 后，得到混合液C;向上述混合液C中加入促进剂，在70~75°C下，揽拌均匀后，得到基体树 月旨;将上述基体树脂通过胶膜机和浸料机制备碳纤维预浸料。
[0007] 由此可知，上述复合材料是环氧树脂和碳纤维复合型材料，利用环氧树脂的增初 作用，提高了碳纤维复合材料的初性，其复合材料的其他性能也受到环氧树脂的影响。运种 单一的补强型树脂增初作用，优势明显的同时，显然缺陷也较为明显，受到环氧树脂本身的 缺陷，W及加工工艺的限制，该复合型的力学性能和耐候性性能不佳，作为力学承重型材料 效果较不理想。
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【发明内容】
[0009] 本发明的目的是解决目前大部分碳纤维复合材料耐冲击性能和初性性能不足的 问题，主要是在通过对树脂和碳纤维表面进行改性，并利用树脂的增强性能与碳纤维复合 得到碳纤维复合材料。
[0010] 技术方案； 一种耐冲击高初性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤： 第1步、改性环氧树脂的制备:按重量份计，1,3-氨甲基苯1.2~2.3份、4-径基二苯胺 0.2~0.5份、二甲氨基甲基苯酪0.5~2份、环氧氯丙烷3.5~4.5份、表氯醇2.0~5.0份、苯 基二甲基乙烧0.5~1.0份和碱金属氨氧化物的水溶液15.0~19.化混合均匀，80~90°C加 热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入苯类溶剂8.0~12.0份，混合均匀，得到改性环氧树 脂； 第2步、碳纤维电化学改性碳纤维为阳极，W石墨为阴极，W硝酸、硝酸钟、憐酸钟和 醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.1~5.2mol/L、硝酸钟物质的量浓 度为0.1mol/L~0.2mol/L、憐酸钟物质的量浓度为0.2mol/L~0.5mol/L和醋酸物质的量浓 度为0.05~0.15mol/L，采用2.6~2.8A/g的表观电流密度处理320~450s之后，取出水洗至 中性后，烘干，得到改性碳纤维； 第3步、按重量份计，取改性环氧树脂、改性碳纤维46~65份、聚苯硫酸22~35份、聚碳 酸醋5~15份、聚酷胺纤维1~3份、硅烷偶联剂15~22份、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物5 ~10份和玻璃纤维2~6份，共混注塑成型，即制备得到耐冲击高初性碳纤维复合材料。
[0011] 作为优选，所述第1步中，碱金属氨氧化物为氨氧化钢或氨氧化钟。
[0012] 作为优选，所述第1步中，碱金属氨氧化物的水溶液中的碱金属氨氧化物物质的量 浓度为1.5~3.5mol/L。
[0013] 作为优选，所述第1步中，苯类溶剂为甲苯或二甲苯。
[0014] 作为优选，所述第3步中，硅烷偶联剂K册50和K册60的一种或两种。
[0015] 本发明通过对环氧树脂进行改性，W及对碳纤维进行电化学改性，加强了聚苯硫 酸、聚碳酸醋和聚酷胺纤维共混增强碳纤维的多种性能，进一步提高了碳纤维复合材料的 力学性能和耐候性能，并且有效解决了现有碳纤维复合材料在耐冲击性能和初性性能上的 不足。
[0016]
【具体实施方式】
[0017] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，运些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0018] 本发明采用的碳纤维为日本东丽公司的T300级型号碳纤维。
[0019] 本发明采用的聚碳酸醋规格为2605,德国拜耳公司生产。
[0020] 本发明采用的苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物型号为PM-600,中国台湾奇美生产。
[0021] 实施例1 一种耐冲击高初性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤： 第1步、改性环氧树脂的制备：1，3-氨甲基苯1.2Kg、4-径基二苯胺0.2 Kg、二甲氨基甲 基苯酪0.5 Kg、环氧氯丙烷3.5 Kg、表氯醇2.0 Kg、苯基二甲基乙烧0.5 Kg和3.2mol/L氨氧 化钢水溶液16.5 L混合均匀，85°C加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入二甲苯8.0 Kg，混合均匀，得到改性环氧树脂； 第2步、碳纤维电化学改性碳纤维为阳极，W石墨为阴极，W硝酸、硝酸钟、憐酸钟和 醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.6mol/L、硝酸钟物质的量浓度为 0.15mol/L、憐酸钟物质的量浓度为0.36mol/L和醋酸物质的量浓度为0.08mol/L，采用 2.8A/g的表观电流密度处理370s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纤维； 第3步、取改性环氧树脂、改性碳纤维55 Kg、聚苯硫酸27 Kg、聚碳酸醋9 Kg、聚酷胺纤 维1.5 Kg、K册60硅烷偶联剂17 Kg、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物8 Kg和玻璃纤维4 Kg， 采用共混注塑成型工艺，具体工艺步骤为现有技术，其中材料共混溫度控制在28%~，注塑 成型之后即制备得到耐冲击高初性碳纤维复合材料。
[0022] 实施例2 一种耐冲击高初性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤： 第1步、改性环氧树脂的制备：1，3-氨甲基苯2.3 Kg、4-^基二苯胺0.5 Kg、二甲氨基甲 基苯酪2 Kg、环氧氯丙烷4.5 Kg、表氯醇5.0 Kg、苯基二甲基乙烧1.0 Kg和3.5mol/L氨氧化 钢水溶液16.3 L混合均匀，85°C加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入二甲苯12.0 Kg， 混合均匀，得到改性环氧树脂； 第2步、碳纤维电化学改性碳纤维为阳极，W石墨为阴极，W硝酸、硝酸钟、憐酸钟和 醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.6mol/L、硝酸钟物质的量浓度为 0.15mol/L、憐酸钟物质的量浓度为0.36mol/L和醋酸物质的量浓度为0.08mol/L，采用 2.8A/g的表观电流密度处理430s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纤维； 第3步、取改性环氧树脂、改性碳纤维55 Kg、聚苯硫酸27 Kg、聚碳酸醋9 Kg、聚酷胺纤 维1.5 Kg、K册60硅烷偶联剂17 Kg、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物8 Kg和玻璃纤维4 Kg， 采用共混注塑成型工艺，具体工艺步骤为现有技术，其中材料共混溫度控制在28%~，注塑 成型之后即制备得到耐冲击高初性碳纤维复合材料。
[0023] 实施例3 一种耐冲击高初性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤： 第1步、改性环氧树脂的制备：1，3-氨甲基苯1.9 Kg、4-^基二苯胺0.4 Kg、二甲氨基甲 基苯酪1.2 Kg、环氧氯丙烷4.1 Kg、表氯醇3.8 Kg、苯基二甲基乙烧0.7 Kg和2.8mol/L氨氧 化钢水溶液18.化混合均匀，85°C加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入甲苯11.0 Kg， 混合均匀，得到改性环氧树脂； 第2步、碳纤维电化学改性碳纤维为阳极，W石墨为阴极，W硝酸、硝酸钟、憐酸钟和 醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为5. Imol/L、硝酸钟物质的量浓度为 0.18mol/L、憐酸钟物质的量浓度为0.4mol/L和醋酸物质的量浓度为0.12mol/L，采用2.7A/ g的表观电流密度处理410s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纤维； 第3步、取改性环氧树脂、改性碳纤维46 Kg、聚苯硫酸22 Kg、聚碳酸醋5 Kg、聚酷胺纤 维1 Kg、K册60硅烷偶联剂15 Kg、苯乙締/甲基丙締酸甲醋共聚物5 Kg和玻璃纤维2 Kg，采 用共混注塑成型工艺，具体工艺步骤为现有技术，其中材料共混溫度控制在289