[發明專利]一種碳纖維和玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201810362195.2
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108530838B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 趙清新;嚴兵;郎鳴華;何定軍;張林強;劉成;劉圣強;劉騰達
• 申請（專利權）人: 江蘇澳盛復合材料科技有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/06;C08K7/14;C08J5/24;C09J123/08;C09J11/04;C09J11/06;C09J11/08;C09J7/10;C09J7/30;B32B9/00;B32B9/04;B32B17/02;B32B17/12
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本發明涉及一種復合材料，含有M層碳纖維增強層、N層玻璃纖維增強層，以及介于碳纖維增強層和玻璃纖維增強層之間的粘結層，其中，M≥1，N≥1，碳纖維增強層和玻璃纖維增強層的基體樹脂為環氧樹脂，粘結層中含有聚合物、聚合物微球、有機無機復合微球。其中，粘結層中的聚合物重量占粘結層重量比50%以上，聚合物為熔點小于110℃的交聯聚合物，碳纖維增強層和玻璃纖維增強層的基體樹脂為環氧樹脂。本發明的復合材料中的粘結層提高了碳纖維增強環氧樹脂同玻璃纖維增強環氧樹脂的粘結力，使得在復合材料材料受力時，玻璃纖維和碳纖維能夠有效的分攤應力，從而有效提高碳玻纖混合增強材料的拉伸強度。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種碳纖維和玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料及制備方法。

技術背景

纖維材料具有低密度、高的強度和模量、耐高溫、抗化學腐蝕等特點，往往作為增強材料填充到基體樹脂中制備得到纖維增強材料，可以大大提高塑料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度等力學性能，在航空航天、交通運輸、體育運動、風力發電等領域得到廣泛應用。

其中，運用較多是碳纖維和玻璃纖維，與玻璃纖維相比，碳纖維具有更低的密度、更高的強度和模量。碳纖維增強復合材料的性能更好、運用范圍更加廣泛。但是，碳纖維材料價格較貴，從而限制了其在不同工業生產和人民日常生活的運用。

為此，人們想到通過將碳纖維以及價格相對便宜的玻璃纖維混合使用，在不降低性能的基礎上，減小碳纖維的使用量，節約成本。但是碳纖維和玻璃纖維的力學性能存在較大差異，導致碳纖維和玻璃纖維混合增強復合材料內部應力不均，其力學性能達不到設計要求。例如，專利CN201310466774.9提出來一種碳纖維和玻璃纖維碳纖維與玻璃纖維并用的增強復合材料的制備方法，這種方法制備的碳纖維和玻璃纖維增強復合材料的力學性能與純玻璃纖維相比有一定的提高，但提高幅度不大，與純碳纖維增強材料還有一定差距，不能完全代替碳纖維增強材料的作用。

發明內容

為了提高碳纖維和玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的力學強度，本發明提供了一種復合材料，同時還提供一種制備該復合材料的方法。

一種復合材料，含有M層碳纖維增強層、N層玻璃纖維增強層，以及介于碳纖維增強層和玻璃纖維增強層之間的粘結層，其中，M≥1，N≥1，碳纖維增強層和玻璃纖維增強層的基體樹脂為環氧樹脂，粘結層中含有聚合物、聚合物微球、有機無機復合微球。

其中，碳纖維增強層是由碳纖維材料增強環氧樹脂固化物制得，具有很高的力學強度。其中，碳纖維材料是由碳纖維加工成的材料，可以舉例是碳纖維絲、碳纖維布、碳纖維氈、短切碳纖維等。

環氧樹脂固化物是由環氧樹脂與固化劑等試劑混合，在一定條件下固化成型的熱固性塑料。環氧樹脂是一種分子中含有兩個以上環氧基，并在適當的化學固化劑的作用下能形成三維交聯網絡狀固化物的低聚物。按化學結構分類，所述環氧樹脂可以分為縮水甘油醚類，如雙酚A型、雙酚F型、雙酚S型、氫化雙酚A型、酚醛型等；縮水甘油酯類，如鄰苯二甲酸二縮水甘油酯類等；縮水甘油胺類，如四縮水甘油二氨基二苯基甲烷；脂環族環氧樹脂類、環氧化烯烴類等。優選為縮水甘油醚類環氧樹脂，特別優選是雙酚A型、雙酚F型、雙酚S型、氫化雙酚A型的環氧樹脂。固化劑是指能使環氧樹脂發生固化反應的化合物，固化劑按反應類型可分為加聚型、催化型等類型。加聚型，如多元胺型、酸酐型、酚醛型、聚酯樹脂型、液體聚氨酯和聚硫醇型等；催化型，如陰離子催化型和陽離子催化型。優選為多元胺型和酸酐型的固化劑。

玻璃纖維層是由玻璃纖維材料增強環氧樹脂固化物制得。玻璃纖維材料可以列舉為玻璃纖維編織布、玻璃纖維絲、短切玻璃纖維等。

粘結層用于粘結碳纖維層和玻璃纖維層，提高碳纖維層和玻璃纖維層的粘結性，使玻璃纖維和碳纖維在使用過程中能夠有效的分攤應力，從而有效提高碳玻纖混合增強材料的拉伸強度。

進一步的，所述粘結層中的聚合物重量占粘結層重量比50％以上，所述聚合物為熔點小于110℃的交聯聚合物。