[發明專利]雙上漿劑改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711045202.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107629224B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 趙雪;沈文旗;曹曉明;胡賀賓
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;C08L63/00;C08K9/06;C08K9/02;C08K7/06;D06M11/74;D06M11/79;D06M13/513;D06M101/40
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明涉及雙上漿劑改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備方法，該制備方法利用OA?POSS混雜SiO₂上漿劑與CNT上漿劑的多層修飾，避免了復雜化學鍵的引入，對碳纖維表面進行了枝接改性，并通過真空輔助成型工藝常溫固化得到改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料，使得復合材料的剪切性能提高了24%，其拉伸性能提高了29%，均高于熱固性成型工藝的力學性能。

技術領域

本發明屬于復合材料表面改性技術領域，涉及雜化改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備方法，更具體的說，涉及一種雙上漿劑改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備方法的探究、碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備、力學性能的檢測。

背景技術

碳纖維增強環氧樹脂基復合材料因其質量輕、強度高被廣泛應用在航空航天、建筑、汽車工業等領域，是高強度工業產品開發與應用的重點。因此，如何保證碳纖維的高強度以及解決碳纖維的拉伸、沖擊破壞分層問題是目前所面臨的難題。在現有技術中，為了提高碳纖維的層間結合力，常常采用碳纖維改性或者環氧樹脂基體改性的方法。對于兩種改性方法來說，環氧樹脂基體改性可以提高基體的力學性能，也會從一定程度上改善碳纖維與樹脂基體之間界面的結合性能，但是改性后的基體碳纖維之間的化學鍵結合性較弱，并且改變了基體原有的環氧基量，因此，二者的結合原理更為復雜，相對來說較難控制。碳纖維改性具有目的性，選擇易于與環氧基結合的物質改性，改性過程更易控制，目前存在的改性方法有化學浸潤、電鍍、氣相沉積、等離子沉積等多種工藝，其中化學浸潤因其成本低、反應液易處理等優點得到了廣泛的應用。當前所述的研究當中，關于表面改性的方法有很多，學者曾利用CNT對環氧樹脂基體的進行了改性，使得基體的韌性得到了一定程度的提高；而對混合有機-無機改性制備方面，曾用有機材料與無機材料的混合改性后再應用到復合材料上，這種方法導致混合改性會引起缺陷的增大，從而導致復合材料的性能的提升不大。而對于多組元改性碳纖維的復合材料，CN102912626A與CN104277421A曾經做過類似的研究，但是因為均是熱固性成型工藝的應用，且改性工藝中沒有應用上漿劑浸潤的方法，直接通過酸氧化等化學處理過程進行改性，改性的不夠完整，對接枝物的物理與化學性能均產生了一定的影響，且碳纖維與半硅氧烷屬于不同的化學體系，緊靠物質間的官能團化學作用不能實現良好的界面結合作用，化學鍵、范德華力等多種復雜化學結合作用雖然有效提高了復合材料拉伸強度及應變性能，但對復合材料的彎曲韌性、抗沖擊性均產生了不利的影響。

發明內容

鑒于以上分析，本發明的目的在于提供一種雙上漿劑改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備方法。該制備方法利用OA-POSS混雜SiO₂上漿劑與CNT上漿劑的多層修飾，避免了復雜化學鍵的引入，對碳纖維表面進行了枝接改性，并通過真空輔助成型工藝常溫固化得到改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料，使得復合材料的剪切性能提高了24％，其拉伸性能提高了29％，均高于熱固性成型工藝的力學性能。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種雙上漿劑改性碳纖維增強環氧樹脂基復合材料的制備方法，該方法的步驟是：

1)制備碳納米管改性溶液：將硅烷偶聯劑溶解在乙醇溶液中，攪拌得到硅烷偶聯劑溶膠；然后將硅烷偶聯劑溶膠、氨基多壁碳納米管分別加入到分散劑中，在轉速800-2000r/min下攪拌均勻得到碳納米管改性溶液；所述碳納米管改性溶液中各物質的質量百分比為：0.1-0.8％硅烷偶聯劑溶膠、0.5-2.0％氨基多壁碳納米管、97.2％-99.4％分散劑；

2)碳纖維表面預處理：將碳纖維布浸泡在除雜劑中進行表面清洗，然后將清洗后的碳纖維布進行干燥及高溫氧化處理，所述高溫氧化溫度為300-600℃，高溫氧化時間為10-60min；氧化處理后的碳纖維布降溫至常溫，置于試樣袋中；

3)碳纖維一次改性處理：將步驟2)預處理后的碳纖維布浸漬在碳納米管改性溶液中，超聲震蕩50-90s后取出碳纖維布，并在常溫下進行干燥；然后將碳纖維布放置在充滿氬氣的管式爐中，在600-900℃下燒結2-5h，降溫至常溫后，關閉氬氣，取出試樣；