[發(fā)明專利]一種碳纖維預(yù)浸料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011587741.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN112677581A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洪武;林勇強(qiáng);胡志遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蕪湖小天鵝制冷設(shè)備有限公司;廣東美的制冷設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): B32B7/10
• 分類號(hào): B32B7/10;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/38;B32B27/18;B32B27/20;B32B15/092;B32B15/18;B32B15/20;B32B15/00;B32B37/04;B32B37/10;C08L63/00;C08L15/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 于群

本發(fā)明涉及一種碳纖維預(yù)浸料及其制備方法和應(yīng)用。該碳纖維預(yù)浸料由底層樹脂層、碳纖維層、面層樹脂層構(gòu)成；其中，底層樹脂層通過添加無機(jī)填料，可使碳纖維預(yù)浸料與金屬、陶瓷或其它基體的熱膨脹系數(shù)更匹配，面層樹脂層為反應(yīng)性柔性聚合物改性環(huán)氧樹脂，可以提升樹脂的韌性。本發(fā)明提供的碳纖維預(yù)浸料可以解決現(xiàn)有碳纖維環(huán)氧樹脂預(yù)浸料與金屬、陶瓷熱壓后復(fù)合材料容易開裂，可靠性差的問題。此外，本發(fā)明還提供了上述碳纖維預(yù)浸料的制備及應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維預(yù)浸料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

將碳纖維預(yù)浸料片材與金屬、陶瓷或塑料等基材熱壓復(fù)合而成的碳纖維復(fù)合材料具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等性能，不僅用于航空航天、軍工、汽車等領(lǐng)域，也可用于家用電器的結(jié)構(gòu)件或面板等裝飾件。

碳纖維預(yù)浸料是制備碳纖維復(fù)合材料的關(guān)鍵中間原料，其對(duì)碳纖維復(fù)合材料的性能特別是可靠性有著重要影響。最常見的碳纖維預(yù)浸料是將單向或織物碳纖維布在液態(tài)環(huán)氧樹脂中浸漬，并烘干使環(huán)氧樹脂部分交聯(lián)于半固化狀態(tài)。

然而，傳統(tǒng)的碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的基體樹脂為純的環(huán)氧樹脂，其熱膨脹系數(shù)約為100ⅹ10^-6/℃，而常見金屬(鋼、銅、鋁)的熱膨脹系數(shù)為(10-30)ⅹ10^-6/℃，陶瓷的熱膨脹系數(shù)更低至1ⅹ10^-6/℃左右。由于環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)與金屬和陶瓷差異大，采用該預(yù)浸料與金屬或陶瓷壓合的碳纖維復(fù)合材料會(huì)在材料內(nèi)部特別是樹脂/基體界面產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，隨著環(huán)境溫度變化內(nèi)應(yīng)力增大，非常容易在外力沖擊或環(huán)境溫度變化時(shí)出現(xiàn)界面開裂或樹脂開裂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種新的碳纖維預(yù)浸料，以解決現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維預(yù)浸料在應(yīng)用過程中復(fù)合材料界面開裂或樹脂開裂的問題。

具體而言，本發(fā)明的第一個(gè)方面提出一種碳纖維預(yù)浸料，由底層樹脂層、碳纖維層和面層樹脂層構(gòu)成；所述底層樹脂層為添加無機(jī)填料的環(huán)氧樹脂。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述底層樹脂層、碳纖維層和面層樹脂層相互浸漬。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述底層樹脂層和面層樹脂層的樹脂可以獨(dú)立選自酚醛型環(huán)氧樹脂、雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚S型環(huán)氧樹脂中的一種或多種的組合物。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在底層樹脂層添加無機(jī)填料，可降低環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)，使其與陶瓷或金屬等其它基體材料更匹配，解決現(xiàn)有碳纖維樹脂與其它材料復(fù)合后極易開裂的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述無機(jī)填料可以是二氧化硅、氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、碳化硅中的一種或兩種以上的混合物。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述環(huán)氧樹脂與所述無機(jī)填料的質(zhì)量比為100：10-80。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，依據(jù)與碳纖維預(yù)浸料復(fù)合的基體材料的不同，優(yōu)選的底層樹脂層中的環(huán)氧樹脂和無機(jī)填料的質(zhì)量比也有所不同。具體而言，與陶瓷復(fù)合，則底層樹脂層中環(huán)氧樹脂和無機(jī)填料的質(zhì)量比為100：40-80，優(yōu)選100：40-70。與金屬，例如與鋁或其合金復(fù)合，則底層樹脂層中環(huán)氧樹脂和無機(jī)填料的質(zhì)量比為100：10-45，優(yōu)選100：10-40。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述面層樹脂層為反應(yīng)性柔性聚合物改性環(huán)氧樹脂。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的反應(yīng)性柔性聚合物為羥基丁苯液體橡膠、端環(huán)氧基聚醚或其組合物。相比普通環(huán)氧樹脂，這種反應(yīng)性柔性聚合物與環(huán)氧樹脂發(fā)生共聚，使面層樹脂具有更高的韌性，可以避免在內(nèi)應(yīng)力或機(jī)械外力下面層樹脂微裂紋的產(chǎn)生，且面層樹脂固化后為透明狀，不僅不影響碳纖維的圖案外觀顯示；而且可以提高由所述預(yù)浸料制備的部件的美觀度和審美特性。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的碳纖維層可以是單向或織布碳纖維層。