[發(fā)明專利]一種碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710031321.1
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN107057283B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙陽;莫茹娟;張同玲;劉玉;肖紅梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K13/04;C08K7/24;C08K3/04;C08K7/06;C08K5/29
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;武玥

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明通過改性Hummers法制備表面含有活潑官能團的石墨烯，碳納米管的添加能和石墨烯形成協(xié)同效應(yīng)，大大提高納米級填料石墨烯和碳納米管在樹脂基體中的分散性，同時石墨烯和碳納米管的存在可以提高碳纖維和樹脂基體之間的界面結(jié)合力。溴化環(huán)氧樹脂可以提高復(fù)合材料的阻燃特性，而氰酸酯具有高的強度和反應(yīng)性，能提高環(huán)氧樹脂和碳纖維的界面結(jié)合能力，同時，氰酸酯又作為溴化環(huán)氧樹脂的固化劑。本發(fā)明具有工藝簡單，環(huán)境友好，復(fù)合材料性能優(yōu)異等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料(CFRP)具有低密度、高強度、耐磨、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特性，是目前最先進的復(fù)合材料之一，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、風(fēng)電葉片和體育器材等領(lǐng)域。氰酸酯樹脂是近年來快速發(fā)展起來的一種新型熱固性樹脂，其對碳纖維有良好的浸潤性和涂覆性，碳纖維/氰酸酯復(fù)合材料具有良好的介電性能和力學(xué)性能、低的吸濕率、高耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子等領(lǐng)域。然而，由于氰酸酯較高的脆性，造成氰酸酯樹脂固化后韌性不足，加之高純度的氰酸酯樹脂鋪覆工藝性較差，在制備復(fù)合材料預(yù)浸過程中極易析出，另外，其價格很高，這些因素都限制了氰酸酯樹脂的廣泛應(yīng)用，因此有必要對氰酸酯對進行改性，以降低氰酸酯樹脂固化溫度、縮短固化時間、提高其韌性，從而拓寬其應(yīng)用范圍。目前氰酸酯樹脂增韌改性的方法很多，如熱塑性樹脂、橡膠彈性體、含不飽和雙鍵的化合物等途徑增韌。這些方法大多只是改善了氰酸酯樹脂的韌性而沒有改善其工藝性及降低成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料及其制備方法，具體為一種石墨烯/碳納米管/溴化環(huán)氧樹脂/氰酸酯/碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明可以有效解決碳纖維增強復(fù)合材料在實際應(yīng)用中的缺陷。溴化環(huán)氧樹脂具有阻燃特性，且價格低廉；氰酸酯可以提高樹脂基體對碳纖維的浸潤性和強度，石墨烯和碳納米管的添加可以提高碳纖維和樹脂基體之間的界面結(jié)合能力，并且石墨烯和碳納米管的同時添加可以改善彼此的分散性，因此本發(fā)明將顯著提升碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的性能。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料，其組成按重量份包括0.01～0.25份氧化石墨烯、0.01～0.25份碳納米管、5～20份溴化環(huán)氧樹脂、10～30份氰酸酯和62～68份碳纖維。本發(fā)明的上述復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將溴化環(huán)氧樹脂和氰酸酯混合加熱至熔化狀態(tài)，將氧化石墨烯和碳納米管均勻分散到丙酮溶劑中超聲分散，將分散好的氧化石墨烯和碳納米管溶液加入至熔化后的溴化環(huán)氧樹脂和氰酸酯混合物中，繼續(xù)攪拌并真空除去溶劑、排氣泡，得到混合漿料；

2)將步驟1)得到的混合漿料對碳纖維進行浸膠，得到預(yù)浸料；

3)將步驟2)得到的預(yù)浸料升溫至140～160℃，保持2～3小時，之后繼續(xù)升溫至190～210℃固化，保持2～4小時，制得碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料。

根據(jù)本發(fā)明的制備方法，其中，所述氧化石墨烯的制備方法包括以下步驟：

a、將天然石墨分散到濃硫酸和發(fā)煙硝酸的混合酸中，室溫下攪拌之后將混合物倒入水中，過濾收集固體；

b、經(jīng)步驟a得到的固體水洗之后在60～80℃下干燥，干燥后在950～1050℃下熱膨脹得到膨脹石墨；

c、將步驟b得到的膨脹石墨加入到濃硫酸和過硫酸鉀以及五氧化二磷的混合溶液中，充分?jǐn)嚢?～6小時，之后冷卻至室溫，用去離子水稀釋混合液之后真空過濾并用聚碳酸酯膜過濾，自然晾干得到預(yù)氧化的膨脹石墨；