CN103205008B - 一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法 - Google Patents

一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，涉及一种提高材料的界面韧性的方法。本发明是要解决碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性差的技术问题。方法为：一、将热塑性树脂溶于有机溶剂中，再加入助剂，制得聚合物溶液；二、采用浸渍法将碳纤维增强环氧树脂基复合材料先通过装有聚合物溶液的溶液槽，再通过装有清洗液的清洗槽，然后干燥，即完成碳纤维增强环氧树脂基复合材料的所用的碳纤维的表面改性。本发明经过表面处理后的碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性提高大于35％。本发明应用于材料的表面与界面改性领域。

Description

一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高材料的界面韧性的方法。
背景技术
碳纤维增强环氧树脂基复合材料因具有轻质高强、耐腐蚀性和耐候优异的性能特点被广泛的应用于航空航天、体育休闲用品、土木建筑、电子产品、医疗器械等领域。但由于固化后的环氧树脂分子形成的是三维网络结构，当受到外部载荷作用产生微裂纹时，裂纹很容易扩展韧性很差；同时，碳纤维与环氧树脂的界面以化学键合的方式连接，虽然结合强度较好，但是界面的断裂应变能力低、阻止裂纹扩展的能力差，界面的韧性很差。低韧性的界面会导致材料在受到外部载荷时发生脆性破坏，界面应力传递受到影响，这就限制了碳纤维增强环氧树脂在具有更高要求的领域上的应用，因此提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性就显得很有必要。
利用热塑性树脂基韧性好的特点，在纤维的表面涂覆一层热塑性树脂，可以有效的改善碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性。当界面受到外部载荷而产生微裂纹时，界面的热塑性树脂可以阻碍裂纹的扩展；同时，界面破坏时，热塑性树脂涂层也可以吸收更多的能量，这也就使得界面的韧性得以提高。
发明内容
本发明是要解决碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性差的技术问题，从而提供了一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法。
本发明的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法是按以下步骤进行：
一、将热塑性树脂溶于有机溶剂中，在温度为60～130℃下搅拌加热至热塑性树脂溶解后，加入助剂，制得聚合物溶液；其中，热塑性树脂和有机溶剂的质量比为(0.001～0.05)∶1，助剂和有机溶剂的质量比为(0.001～0.03)∶1；
二、将步骤一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纤维增强环氧树脂基复合材料先以0.1～10m/s的速率通过装有聚合物溶液的溶液槽，再以0.1～10m/s的速率通过装有清洗液的清洗槽，然后在40～120℃下干燥5～120s，即完成碳纤维增强环氧树脂基复合材料的所用的碳纤维的表面改性。
本发明包括以下有益效果：
1、本发明碳纤维的表面处理方法为聚合物涂覆法，所制备的聚合物溶液制备方法简单、使用方便；
2、在碳纤维表面涂覆聚合物后去除溶剂的方法为沉淀相转化法，该方法简单且无毒，对环境友好；
3、本发明经过表面处理后的碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性提高大于35％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法是按以下步骤进行：
一、将热塑性树脂溶于有机溶剂中，在温度为60～130℃下搅拌加热至热塑性树脂溶解后，加入助剂，制得聚合物溶液；其中，热塑性树脂和有机溶剂的质量比为(0.001～0.05)∶1，助剂和有机溶剂的质量比为(0.001～0.03)∶1；
二、将步骤一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纤维增强环氧树脂基复合材料先以0.1～10m/s的速率通过装有聚合物溶液的溶液槽，再以0.1～10m/s的速率通过装有清洗液的清洗槽，然后在40～120℃下干燥5～120s，即完成碳纤维增强环氧树脂基复合材料的所用的碳纤维的表面改性。
本实施方式包括以下有益效果：
1、本实施方式碳纤维的表面处理方法为聚合物涂覆法，所制备的聚合物溶液制备方法简单、使用方便；
2、在碳纤维表面涂覆聚合物后去除溶剂的方法为沉淀相转化法，该方法简单且无毒，对环境友好；
3、本实施方式经过表面处理后的碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性提高大于35％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中热塑性树脂为可溶性聚芳醚酮树脂。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中助剂为聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或仲辛醇聚氧乙烯醚。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中热塑性树脂和有机溶剂的质量比为0.01∶1。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中助剂和有机溶剂的质量比为0.005∶1。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中以1m/s的速率通过装有聚合物溶液的溶液槽。。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中清洗液为甲醇、无水乙醇或丙酮。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中在70℃下干燥10s。其它与具体实施方式一至八之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法是按以下步骤进行：
一、将含二氮杂萘联苯结构的聚芳醚砜酮树脂溶于二甲基乙酰胺中，在温度为80℃下搅拌加热至热塑性树脂溶解后，加入蓖麻油聚氧乙烯醚，制得聚合物溶液；其中，含二氮杂萘联苯结构的聚芳醚砜酮树脂和二甲基乙酰胺的质量比为0.01∶1，蓖麻油聚氧乙烯醚和二甲基乙酰胺的质量比为0.005∶1；
二、将步骤一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纤维增强环氧树脂基复合材料先以1m/s的速率通过装有聚合物溶液的溶液槽，再以1m/s的速率通过装有无水乙醇的清洗槽，然后在70℃下干燥10s，即完成碳纤维增强环氧树脂基复合材料的所用的碳纤维的表面改性。
本试验经过表面处理后的碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性提高了40％。

Claims (8)

1.一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法是按以下步骤进行：
一、将可溶性聚芳醚酮树脂溶于有机溶剂中，在温度为60～130℃下搅拌加热至热塑性树脂溶解后，加入助剂，制得聚合物溶液；其中，可溶性聚芳醚酮树脂和有机溶剂的质量比为0.001～0.05∶1，助剂和有机溶剂的质量比为0.001～0.03∶1；
二、将步骤一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纤维增强环氧树脂基复合材料先以0.1～10m/s的速率通过装有聚合物溶液的溶液槽，再以0.1～10m/s的速率通过装有清洗液的清洗槽，然后在40～120℃下干燥5～120s，即完成碳纤维增强环氧树脂基复合材料的所用的碳纤维的表面改性。
2.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于步骤一中有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。
3.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于步骤一中助剂为聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或仲辛醇聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于步骤一中可溶性聚芳醚酮树脂和有机溶剂的质量比为0.01∶1。
5.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于步骤一中助剂和有机溶剂的质量比为0.005∶1。
6.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于步骤二中以1m/s的速率通过装有聚合物溶液的溶液槽。
7.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，其特征在于步骤二中清洗液为甲醇、无水乙醇或丙酮。
8.根据权利要求1所述的一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性的方法，步骤二中在70℃下干燥10s。
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