一种碳纤维复合材料及其制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种碳纤维复合材料，特别是涉及一种用于自行车配件的碳纤维复合 材料及其制造方法。
【背景技术】：
[0002] 碳纤维作为一种高性能纤维，具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐 射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，尽管碳纤维可单独使用 发挥某些功能，然而它属于脆性材料，只有将它与基体材料牢固地结合在一起，才能利用其 优异的力学性能，使之更好地承载负荷。因此，碳纤维主要还是在复合材料中作增强材料， 根据使用目的不同可选用各种基体材料和复合方式来达到所要求的复合效果。碳纤维可用 来增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷，目前使用得最多、最广泛的是树脂基复合材料，它以 轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材 料，是其他纤维增强复合材料所无法比拟的。在自行车配件方面，碳纤维复合材料也得到了 长远发展，不过自行车的使用大多处于室外环境，经过长时间的日晒雨淋，自行车配件表面 往往会沾染污泥、油污等而变得很脏，而自行车配件材料大多不具备自清洁性能，因此需要 不定期冲洗，给使用者带来不便。
[0003]
【发明内容】
：
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维复合材料，其具有很好的自清洁性。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0006] -种碳纤维复合材料，包括碳纤维-树脂组合物和氟碳漆层，所述氟碳漆层涂覆于 碳纤维-树脂组合物的外表面，所述氟碳漆层的厚度为20μπι，所述氟碳漆的重量份组成包 括： 氟碳树脂 40~55份， 颜料 10~15份， 分散剂 0. 3~0. 8份， 消泡剂 0. 1~0. 6份， 成膜助剂 0.5~1份，
[0007] 防沉剂 1~2份， 流平剂 Θ.5~1份， 偶联剂 1~2份， 聚硅氧烷 3~4份， 复合填料 10-15份；
[0008] 其中，复合填料由重量比为1:1的纳米氧化锌和纳米氧化亚铜组成。
[0009] 优选地，本发明所述氟碳树脂为FEVE氟碳树脂。
[0010] 优选地，本发明所述颜料为有机颜料。
[0011] 优选地，本发明所述分散剂为聚丙烯酸钠。
[0012]优选地，本发明所述消泡剂为BYK141。
[0013] 优选地，本发明所述成膜助剂为N-甲基吡咯烷酮。
[0014] 优选地，本发明所述防沉剂为聚酰胺蜡。
[0015] 优选地，本发明所述流平剂为丙二醇。
[0016] 优选地，本发明所述偶联剂为KH550或KH560。
[0017] 本发明要解决的另一技术问题是提供上述碳纤维复合材料的制造方法。
[0018] 为解决上述技术问题，技术方案是：
[0019] -种碳纤维复合材料的制造方法，包括以下步骤：
[0020] (1)将纳米氧化锌粉体和纳米氧化亚铜粉体放入研钵中研磨混合均匀后得到复合 填料，将复合填料加入去离子水中，搅拌分散均匀后得到复合填料溶液，将油酸分散于丙酮 中得到浓度为6%的油酸溶液，将复合填料溶液加入油酸溶液中，油酸与复合填料的重量比 为1:25,60°C下超声振荡30分钟，减压抽滤后用去离子水洗涤3次，放入烘箱中90°C下干燥 至恒重，得到改性复合填料；
[0021] (2)按配方量将颜料、分散剂、消泡剂、偶联剂加入搅拌缸，700r/min转速下搅拌30 分钟，调节转速为1800r/min，搅拌至分散细度为20μηι，调节转速为800r/min，将氟碳树脂、 成膜助剂加入搅拌缸，搅拌12分钟后加入步骤（1)得到的改性填料，继续搅拌40分钟，将防 沉剂、流平剂加入搅拌缸，继续搅拌30分钟后，得到氟碳漆；
[0022] (3)将氟碳漆均匀涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，形成厚度为20μπι的氟碳漆 层，烘干后得到碳纤维复合材料。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0024] 纳米氧化锌和纳米氧化亚铜经过光照后表面存在有亲水的羟基，可在氟碳漆层表 面形成一层水膜，使得复合材料所沾染的污泥更容易被雨水冲掉，从而提高了复合材料的 耐沾染污泥性能，另一方面，纳米氧化锌和纳米氧化亚铜均具有较好的光解催化作用，可将 油污等有机污染物氧化成二氧化碳和水以达到净化的效果，纳米氧化锌的光催化作用主要 利用紫外线，纳米氧化亚铜则能在可见光下发生光催化作用，二者复合可大大提高太阳光 利用率，有效提尚复合材料的光解有机物性能，进而提尚整体的自清洁性;纳米氧化梓和纳 米氧化亚铜均为无机物，与氟碳树脂之间的相容性较差，直接加入对氟碳漆以及复合材料 的性能提升效果会大打折扣，因此本发明通过油酸对复合填料进行了表面改性，油酸与复 合填料之间产生了化学键合，并在复合填料表面形成了有机包覆层，改善了其与氟碳树脂 之间的相容性和界面结合强度，复合填料在氟碳树脂基体内能均匀分散且不容易析出，从 而充分发挥出其自清洁性。
【具体实施方式】：
[0025] 下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明 用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0026] 实施例1
[0027] 碳纤维复合材料，包括碳纤维-树脂组合物和氟碳漆层，氟碳漆层涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，氟碳漆层的厚度为20μπι，氟碳漆的重量份组成包括:FEVE氟碳树脂45 份，有机颜料10份，聚丙烯酸钠0.5份，ΒΥΚ141 0.6份，Ν-甲基吡咯烷酮0.7份，聚酰胺蜡1.2 份，丙二醇〇. 5份，ΚΗ550 1.8份，聚硅氧烷3.2份，复合填料12份;其中，复合填料由重量比为 1:1的纳米氧化锌和纳米氧化亚铜组成。
[0028]其制造方法包括以下步骤：
[0029] (1)将纳米氧化锌粉体和纳米氧化亚铜粉体放入研钵中研磨混合均匀后得到复合 填料，将复合填料加入去离子水中，搅拌分散均匀后得到复合填料溶液，将油酸分散于丙酮 中得到浓度为6%的油酸溶液，将复合填料溶液加入油酸溶液中，油酸与复合填料的重量比 为1:25,60°C下超声振荡30分钟，减压抽滤后用去离子水洗涤3次，放入烘箱中90°C下干燥 至恒重，得到改性复合填料；
[0030] (2)按配方量将有机颜料、聚丙烯酸钠、BYK141、KH550加入搅拌缸，700r/min转速 下搅拌30分钟，调节转速为1800r/min，搅拌至分散细度为20μηι，调节转速为800r/min，将 FEVE氟碳树脂、N-甲基吡咯烷酮加入搅拌缸，搅拌12分钟后加入步骤（1)得到的改性填料， 继续搅拌40分钟，将聚酰胺蜡、丙二醇加入搅拌缸，继续搅拌30分钟后，得到氟碳漆；
[0031] (3)将氟碳漆均匀涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，形成厚度为20μπι的氟碳漆 层，烘干后得到碳纤维复合材料。
[0032] 实施例2
[0033]碳纤维复合材料，包括碳纤维-树脂组合物和氟碳漆层，氟碳漆层涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，氟碳漆层的厚度为20μπι，氟碳漆的重量份组成包括:FEVE氟碳树脂40 份，有机颜料14份，聚丙烯酸钠0.8份，BYK141 0.2份，N-甲基吡咯烷酮0.6份，聚酰胺蜡1.4 份，丙二醇〇. 7份，KH560 1.2份，聚硅氧烷3份，复合填料10份;其中，复合填料由重量比为1: 1的纳米氧化锌和纳米氧化亚铜组成。
[0034] 其制造方法包括以下步骤：
[0035] (1)将纳米氧化锌粉体和纳米氧化亚铜粉体放入研钵中研磨混合均匀后得到复合 填料，将复合填料加入去离子水中，搅拌分散均匀后得到复合填料溶液，将油酸分散于丙酮 中得到浓度为6%的油酸溶液，将复合填料溶液加入油酸溶液中，油酸与复合填料的重量比 为1:25,60°C下超声振荡30分钟，减压抽滤后用去离子水洗涤3次，放入烘箱中90°C下干燥 至恒重，得到改性复合填料；
[0036] (2)按配方量将有机颜料、聚丙烯酸钠、BYK141、KH560加入搅拌缸，700r/min转速 下搅拌30分钟，调节转速为1800r/min，搅拌至分散细度为20μηι，调节转速为800r/min，将 FEVE氟碳树脂、N-甲基吡咯烷酮加入搅拌缸，搅拌12分钟后加入步骤（1)得到的改性填料， 继续搅拌40分钟，将聚酰胺蜡、丙二醇加入搅拌缸，继续搅拌30分钟后，得到氟碳漆；
[0037] (3)将氟碳漆均匀涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，形成厚度为20μπι的氟碳漆 层，烘干后得到碳纤维复合材料。
[0038] 实施例3
[0039] 碳纤维复合材料，包括碳纤维-树脂组合物和氟碳漆层，氟碳漆层涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，氟碳漆层的厚度为20μπι，氟碳漆的重量份组成包括:FEVE氟碳树脂55 份，有机颜料12份，聚丙烯酸钠0.3份，ΒΥΚ141 0.5份，Ν-甲基吡咯烷酮0.9份，聚酰胺蜡1.8 份，丙二醇〇. 9份，ΚΗ550 2份，聚硅氧烷3.5份，复合填料14份;其中，复合填料由重量比为1: 1的纳米氧化锌和纳米氧化亚铜组成。
[0040] 其制造方法包括以下步骤：
[0041] (1)将纳米氧化锌粉体和纳米氧化亚铜粉体放入研钵中研磨混合均匀后得到混合 填料，将混合填料加入去离子水中，搅拌分散均匀后得到混合填料溶液，将油酸分散于丙酮 中得到浓度为6%的油酸溶液，将混合填料溶液加入油酸溶液中，油酸与混合填料的重量比 为1:25,60°C下超声振荡30分钟，减压抽滤后用去离子水洗涤3次，放入烘箱中90°C下干燥 至恒重，得到改性混合填料；
[0042] (2)按配方量将有机颜料、聚丙烯酸钠、BYK141、KH550加入搅拌缸，700r/min转速 下搅拌30分钟，调节转速为1800r/min，搅拌至分散细度为20μηι，调节转速为800r/min，将 FEVE氟碳树脂、N-甲基吡咯烷酮加入搅拌缸，搅拌12分钟后加入步骤（1)得到的改性填料， 继续搅拌40分钟，将聚酰胺蜡、丙二醇加入搅拌缸，继续搅拌30分钟后，得到氟碳漆；
[0043] (3)将氟碳漆均匀涂覆于碳纤维-树脂组合物的外表面，形成厚度为20μ