CN103724933A - 一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，所述复合材料是碳纤维为增强相，三聚氰胺和尿素等物质改性的酚醛树脂为基体而形成的柔性碳纤维复合材料。碳纤维的纤维量为4K～15K，复合材料中碳纤维质量分数为3％～30％，编织方式可以是平纹编织、斜纹编织、单向编织、多层多轴向编织中的一种或者多种。基体中加柔软剂、固化剂、偶联剂、憎水剂。本发明的主要优点是：(1)用本方法制备的复合材料有很好的柔性和耐高温性能；(2)该方法制备工艺简单、高效，适合实际运用要求。

Description

一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别是涉及一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步复合材料已经在越来越多的领域作为结构材料而替代金属材料，特别是在航空航天领域中对于飞行设备的高强度、轻质的要求更是明显，而在众多的复合材料中碳纤维增强树脂基复合材料制成的结构材料，其强度、刚度、抗疲劳性、耐腐蚀性以及其它各项性能均十分优异，与同体积的传统的铝合金相比还可减重50％。但是碳纤维有一个严重的缺点，就是延伸率低，这就使得其复合材料制品的耐冲击能力较差。所以对于碳纤维复合材料的增韧便成为本材料研究的热点和难点。

目前对于碳纤维增强复合材料的增韧已有大量的研究，比如构造碳纤维和纳米管杂化结构，利用分子自组装技术成长钢棒进行树脂内增韧，参杂碳纳米材料等，但是这些方法在成型加工上还存在许多的问题，运用起来十分困难。实际中工艺较为成熟的增韧技术有层间增韧的插层技术和形成互穿网格结构增韧，这些技术不仅具有科研意义还具有巨大的实际运用价值。

专利号CN103171212A的专利提出来一种增韧的叠层复合材料及其制备方法，用该方法也可以解决复合材料韧性差的问题，但是用这种方法制作出来的材料始终难以克服因层间的结合力弱而造成的层间断裂韧性降低的问题。

专利号CN101845166A的专利介绍了一种热固性混杂织物复合材料及其制备方法和应用，用该方法制备的纤维增强复合材料在满足基本要求的情况下还具有很好的柔性，但是本方法中的增强结构是碳纤维和超高分子量的聚乙烯纤维的混合织物，在编织该织物时，它的结构和成分难以控制，以至于难于实现生产的产业化；再者，该复合材料的基体聚乙烯树脂耐高温能力有限，这也限制了该材料在高温条件下的运用。

要制备性能优异的柔性碳纤维复合材料，便可以在现有的形成互穿网格结构增韧技术的基础上研制柔性更优异的柔性树脂基体，如尿素和三聚氰胺改性的酚醛树脂基体不仅能满足基体柔性的需要，还有耐高温、耐腐蚀，高强度等许多的优点。是柔性碳纤维复合材料研究的很有潜力的方向。

发明内容

本发明涉及一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，所述复合材料是碳纤维为增强相，三聚氰胺和尿素等物质改性的酚醛树脂为基体而形成的柔性碳纤维复合材料。碳纤维的纤维量为4K～15K，复合材料中碳纤维质量分数为3％～30％，编织方式可以是平纹编织、斜纹编织、单向编织、多层多轴向编织中的一种或者多种。基体中加柔软剂、固化剂、偶联剂、憎水剂。柔软剂是丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇中的一种或者多种；固化剂是硫酸铵、六次甲基四胺、氯化铵、苯二酚、乙酸乙酯中的一种或者多种；憎水剂是硅油。

一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)按权利要求2所述的编织方式编织碳纤维；

(2)将编织好的碳纤维用阳极氧化法进行表面处理后水洗然后200～300℃烘干；

(3)采用真空辅助树脂注入成型方法注入成型；

(4)将成型后的材料在取出，并在温度150～220℃、压力1～3KPa，固化5～30min。

本发明的主要优点是：(1)用本方法制备的复合材料有很好的柔性和耐高温性能；(2)该方法制备工艺简单、高效，适合实际运用要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

材料以碳纤维为增强相，三聚氰胺和尿素等物质改性的酚醛树脂为基体而形成的柔性碳纤维复合材料。碳纤维的纤维量为8K，复合材料中碳纤维质量分数为10％，编织方式是斜纹编织，基体中加柔软剂、固化剂、偶联剂、憎水剂。

一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)按斜纹方式编织碳纤维；

(2)将编织好的碳纤维用阳极氧化法进行表面处理后水洗然后200℃烘干；

(3)采用真空辅助树脂注入成型方法注入成型；

(4)将成型后的材料在取出，并在温度160℃、压力1.5KPa，固化20min。

实施例2

材料以碳纤维为增强相，三聚氰胺和尿素等物质改性的酚醛树脂为基体而形成的柔性碳纤维复合材料。碳纤维的纤维量为12K，复合材料中碳纤维质量分数为20％，编织方式是多层多轴向编织。基体中加柔软剂、固化剂、偶联剂、憎水剂。

一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)按多层多轴向方式编织碳纤维；

(2)将编织好的碳纤维用阳极氧化法进行表面处理后水洗然后300℃烘干；

(3)采用真空辅助树脂注入成型方法注入成型；

(4)将成型后的材料在取出，并在温度200℃、压力2KPa，固化16min。

上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，其特征在于所述复合材料是碳纤维为增强相，三聚氰胺和尿素等物质改性的酚醛树脂为基体而形成的柔性碳纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的柔性碳纤维复合材料，其特征在于所述碳纤维的纤维量为4K～15K，复合材料中碳纤维质量分数为3％～30％，碳纤维的编织方式可以是平纹编织、斜纹编织、单向编织、多层多轴向编织中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的柔性碳纤维复合材料，其特征在于所述三聚氰胺和尿素等物质改性的酚醛树脂基体中还加入了柔软剂、固化剂、偶联剂、憎水剂，所述柔软剂是丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇中的一种或者多种；所述固化剂是硫酸铵、六次甲基四胺、氯化铵、苯二酚、乙酸乙酯中的一种或者多种；所述憎水剂是硅油。

4.一种柔性碳纤维复合材料及其制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)采用权利要求2所述的编织方式编织碳纤维；

(2)将编织好的碳纤维用阳极氧化法进行表面处理后水洗然后200～300℃烘干；

(3)采用真空辅助树脂注入成型方法注入成型；

(4)将成型后的材料在取出，并在温度150～220℃、压力1～3KPa，固化5～30min。