[發明專利]一種碳纖維樹脂基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110430044.8
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113105718A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張純;閆雷雷;喬吉超
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L29/10;C08K7/06;C08K9/10;C08K5/544;C08J5/06
• 代理公司: 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 高志永

本發明涉及材料制備領域，具體涉及一種碳纖維樹脂基復合材料及其制備方法，該復合材料以碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串作為碳纖維增強體，以硅烷偶聯劑和環氧樹脂的混合體作為樹脂基體。所述碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串通過以下方法制備所得：將一定量全氟烷基乙烯基醚聚合物噴涂在連續碳纖維的規定位置，并使其與碳纖維充分浸潤，形成內部與碳纖維充分浸潤、混合，外部完全包裹碳纖維的球體，固化后，即得。本發明在可以實現碳纖維樹脂基復合材料界面模量過渡層厚度的靈活可控，有效提高界面性能的同時，提高了碳纖維增強體與樹脂基體的粘結強度，從而提高了碳纖維樹脂基復合材料的機械性能。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，具體涉及一種碳纖維樹脂基復合材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維樹脂基復合材料因其質輕高強而廣泛應用于航天航空、國防軍事、體育運動等領域。作為一種各相異性材料，碳纖維增強體主要在軸向表現出優異的力學性能，而其橫向及層間的力學性能明顯較低，由于碳纖維增強體經過高溫碳化和石墨化處理后，其表面呈現大量的“亂層石墨”結構，導致其表面活性官能團較少，其與樹脂基體的浸潤性差，因此碳纖維增強體與樹脂基體界面結合性能較弱。大量的研究表明，纖維增強體和樹脂基體之間的微觀界面是決定復合材料宏觀性能的關鍵因素，而且復合材料界面并不是一個絕對的幾何面，而是由纖維增強體與樹脂基體表面及兩者之間的反應交聯結構組成的具有一定厚度的界面過渡層，其厚度對纖維增強體與樹脂基體模量的平穩過渡至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種碳纖維樹脂基復合材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種碳纖維樹脂基復合材料，以碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串作為碳纖維增強體，以硅烷偶聯劑和環氧樹脂的混合體作為樹脂基體。

進一步地，所述碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串通過以下方法制備所得：

將一定量全氟烷基乙烯基醚聚合物噴涂在連續碳纖維的規定位置，并使其與碳纖維充分浸潤，形成內部與碳纖維充分浸潤、混合，外部完全包裹碳纖維的球體，固化后，即得。

進一步地，碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串與樹脂基體的質量比為：57～300：100。

進一步地，所述球體的填充密度為300～400個/mm²，粒徑為2～10μm。

進一步地，所述硅烷偶聯劑、環氧樹脂的質量比為0.1～1：20。

本發明還提供了一種碳纖維樹脂基復合材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、制作碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串；

S2、以硅烷偶聯劑和環氧樹脂為主料制作樹脂基體；

S3、將所得的碳纖維—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串與樹脂基體進行浸潤及復合，通過功率階梯式遞增的微波固化工藝固化成型，即得。

進一步地，所述步驟S1，包括如下步驟：

將一定量全氟烷基乙烯基醚聚合物噴涂在連續碳纖維的規定位置，并使其與碳纖維充分浸潤，形成內部與碳纖維充分浸潤、混合，外部完全包裹碳纖維的球體，固化后，即得，其中，所述球體的填充密度為300～400個/mm²，粒徑為2～10μm。

進一步地，所述步驟S2，包括如下步驟：

按比例稱取適量硅烷偶聯劑和環氧樹脂；

將稱取的納米二氧化碳超聲分散于去離子水中，形成懸混液；