[發(fā)明專利]一種納米材料改性碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110709654.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN113429595B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉東;鄭婷;蘇飛艷;張曉紅;喬英杰;白成英;張麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/06
• 分類號(hào): C08J5/06;C08L63/00;C08K9/04;C08K3/28;C08K3/04;C08K3/14;C08K7/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

一種納米材料改性碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明屬于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有通過(guò)納米填料改性碳纖維的方法存在的納米填料與碳纖維結(jié)合力弱的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的制備方法按以下步驟進(jìn)行：步驟1：將聚乙烯醇加入到去離子水中，得到交聯(lián)劑溶液；步驟2：將透明質(zhì)酸鈉溶于去離子水，然后加入MXenes和CNTs，得到MXenes/CNTs懸浮液；步驟3：將碳纖維織物真空抽濾到聚四氟乙烯微孔濾膜上，逐滴加入交聯(lián)劑溶液繼續(xù)真空抽濾，真空干燥后取下；步驟4：將MXenes/CNTs/CF織物薄膜置于模具中，向薄膜上澆注環(huán)氧樹脂，用鐵板將其壓住烘干后得到MXenes/CNTs/CF增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電率，耐高溫性能以及良好的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種納米材料改性碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRCs)因其輕量化、高強(qiáng)性能而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、鐵路、船舶和風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。其作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)被使用，可以降低飛行油耗和提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗疲勞強(qiáng)度，目前已部分代替金屬材料被應(yīng)用于飛機(jī)制造業(yè)，且使用量也逐年增多。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能在很大程度上取決于纖維與基體之間的界面附著力。然而，碳纖維(CF)固有的光滑表面、化學(xué)惰性導(dǎo)致碳纖維與基體的相容性較差，導(dǎo)致纖維與基體的相互作用較弱，這對(duì)兩者界面性能產(chǎn)生不利影響。此外，CF的電導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)率較低。上述性能不能令人滿意，阻礙了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在許多領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，因此對(duì)CF進(jìn)行改性，成為目前人們的研究熱點(diǎn)，具有優(yōu)異電學(xué)熱學(xué)性能的納米材料成為改性的熱門材料。

碳納米管(CNTs)具有較高的比表面積、優(yōu)異的機(jī)械、電學(xué)和光學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料中。MXenes材料是一類具有二維層狀結(jié)構(gòu)的金屬碳化物和金屬氮化物材料。它具有許多優(yōu)越的特性包括元素組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)性，高比表面積、高電導(dǎo)率，良好機(jī)械性能。利用CNTs和MXenes兩種不同維度納米材料優(yōu)異的導(dǎo)電性、耐熱性以及高強(qiáng)度特性，在多尺度上實(shí)現(xiàn)對(duì)CFRCs導(dǎo)電性能的優(yōu)化，制備多功能納米復(fù)合材料具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和實(shí)際工程應(yīng)用意義。但這種方法也存在一定困難。納米材料具有很強(qiáng)的團(tuán)聚性能，在高粘度聚合物基體中的溶解度低，因此將其均勻分散到聚合物基體中非常困難。許多研究表明，納米級(jí)填料在聚合物基體中的均勻分散以及填料與聚合物之間良好的附著力是影響復(fù)合材料最終使用性能的兩個(gè)關(guān)鍵因素。然而，如何正確控制納米填料在聚合物基體中的分散以及填料與聚合物之間的相互作用機(jī)制仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

采用真空抽濾的方法將納米填料沉積在碳纖維表面改性碳纖維，是一種操作簡(jiǎn)單，易規(guī)模化，成本適中，安全性高的常用方法。但此方法中存在的問(wèn)題是，MXenes/CNTs與碳纖維的結(jié)合力較弱，導(dǎo)致織物薄膜的導(dǎo)電性達(dá)不到理想效果。因此，優(yōu)化改性方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有通過(guò)納米填料改性碳纖維的方法存在的納米填料與碳纖維結(jié)合力弱的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種納米材料改性碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的一種納米材料改性碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

步驟1：將聚乙烯醇加入到去離子水中，于70～90℃下攪拌至溶解，室溫下靜置，得到交聯(lián)劑溶液；

步驟2：將透明質(zhì)酸鈉溶于去離子水，然后加入MXenes和CNTs，超聲處理，得到MXenes/CNTs懸浮液；

步驟3：將碳纖維織物置于聚四氟乙烯微孔濾膜上，排除氣泡，將步驟2得到的MXenes/CNTs懸浮液真空抽濾至濾膜上，得到MXenes/CNTs/CF織物，然后將步驟1得到的交聯(lián)劑溶液逐滴加入到MXenes/CNTs/CF織物上，繼續(xù)真空抽濾使交聯(lián)劑溶液完全浸潤(rùn)MXenes/CNTs/CF織物，真空干燥后取下，得到MXenes/CNTs/CF織物薄膜；