[發(fā)明專利]碳纖維紙增強酚醛樹脂基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110266419.8
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102303411A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李翠艷;黃劍鋒;趙海剛;曹麗云;盧靖;吳建鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: B29C70/40
• 分類號: B29C70/40;B29C70/54;D21H13/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維增強復(fù)合材料的制備方法，特別是一種碳纖維紙增強酚醛樹脂基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強酚醛樹脂基復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點在航空、航天、汽車、船舶等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。碳纖維增強酚醛樹脂基復(fù)合材料中碳纖維大致可分為兩種類型：連續(xù)碳纖維(或整體氈、編制體)和短碳纖維。連續(xù)碳纖維(或整體氈、編制體)增強的酚醛樹脂基復(fù)合材料通常具有更好的機械性能，但由于其制造成本較高，并不適應(yīng)于大規(guī)模的生產(chǎn)。短碳纖維增強的酚醛樹脂基復(fù)合材料可采用與樹脂基體相同的加工工藝，如模壓成型、注射成型工藝等，然而，以上工藝制備的短碳纖維增強酚醛樹脂基復(fù)合材料存在纖維平均長度、纖維分布均勻性難以控制及纖維含量較低的問題，導(dǎo)致復(fù)合材料中纖維不能有效發(fā)揮承載的作用。

文獻“Flexural?failure?mechanisms?in?injection-moulded?carbon?fibre/PEEK?composites.Composites?Science?and?Technology?60(2000)1863-1872.”采用注射成型工藝制備了碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料，研究表明碳纖維的分布狀態(tài)受成型工藝影響從而對復(fù)合材料的力學(xué)性能有極大影響。

文獻“Mechanical?and?physical?propertie?s?of?carbon?graphite?fiber-reinforced?polymers?intended?for?implant?suprastructures.Dental?materials?23(2007)1150-1156.”采用模壓成型工藝制備了碳纖維含量不同樹脂基復(fù)合材料，研究表明采用此法當(dāng)纖維含量過大時，復(fù)合材料內(nèi)部存在大量孔隙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種碳纖維紙增強酚醛樹脂基復(fù)合材料的制備方法，該方法將短切碳纖維進行分散、打漿后，通過濕法造紙技術(shù)制得纖維平均長度可控、具有一定厚度的碳纖維紙，將碳纖維紙與酚醛樹脂粉末交替鋪層后經(jīng)熱壓成型制備碳纖維紙增強酚醛樹脂復(fù)合材料；該制備方法可有效控制復(fù)合材料中碳纖維平均長度，提高碳纖維含量，并改善復(fù)合材料中碳纖維的分布，達(dá)到提高性能、降低成本的目的，對拓寬碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種碳纖維紙增強酚醛樹脂基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將短切碳纖維在1300～1600℃熱處理，以去除表面金屬離子及雜質(zhì)，然后清洗至表面無膠，清洗完后烘干；

步驟2：將步驟1得到的短切碳纖維置于重量百分比濃度為0.3％的聚丙烯酸鈉溶液中浸泡，然后用蒸餾水清洗干凈，置于打漿機中打漿，得重量濃度為2～8％的碳纖維漿液；

步驟3：將步驟2得到的碳纖維漿液采用濕法造紙技術(shù)，在紙樣抄取器上抄片，干燥后得到碳纖維紙；

步驟4：將步驟3得到的碳纖維紙與酚醛樹脂粉末以質(zhì)量百分比為1∶10～3∶10的比例交替鋪層后，進行模壓成型；

步驟5：模壓成型后于烘箱中在230℃烘干4h，自然冷卻至常溫后，卸模，即得碳纖維紙增強酚醛樹脂基復(fù)合材料。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述酚醛樹脂選自苯酚甲醛樹脂、甲苯酚甲醛樹脂、二甲苯酚甲醛樹脂、對叔丁基苯酚甲醛樹脂或它們的混合物；

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述短切碳纖維選自聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維或它們的混合物；

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述短切碳纖維進行的熱處理是在真空氣氛爐中進行；

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述步驟2中打漿時間為5～90s；

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述步驟3中干燥溫度為50～80℃，干燥時間為30～90min；

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述步驟4中模壓成型壓力為3～6MPa，于室溫保持10min后，分別于140℃、160℃保溫30min，模壓結(jié)束后，自然冷卻至常溫。