CN104419119A - 一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将石墨烯与液态环氧树脂混合，得到第一混合物；（2）在第一混合物中加入能使液态环氧树脂交联固化的固化剂，得到第二混合物；（3）采用复合材料成型工艺，以碳纤维与第二混合物为原料，使液态环氧树脂交联固化后形成与碳纤维成一体的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。该方法制得的复合材料中的石墨烯的量可以由制备过程中控制添加的石墨烯的量来控制，由于石墨烯与环氧树脂同时与碳纤维进行浸润，从而使得最终制得的复合材料具有很好的一致性，从而提高了复合材料的整体性能。且该方法的工艺较为简单，降低了生产成本，生产效率高，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）为以树脂为基体、碳纤维为增强材料，由先进复合材料的成型工艺制备而成的一系列高性能复合材料。碳纤维增强树脂基复合材料作为先进复合材料的一个重要的分支，具有比强度和比模量高、可设计性好、抗疲劳性能优、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及结构成型可设计性且便于大面积整体成型的特点。碳纤维增强树脂基复合材料在很多领域得到了广泛的应用，包括航天航空领域、汽车领域、体育用品领域、风电材料等领域。
对于碳纤维增强树脂复合材料而言，增强材料碳纤维与基体树脂的界面性能对于复合材料最终性能有着重要的影响。如果碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维与树脂的界面性能差，会导致复合材料的力学性能下降，特别是层间剪切强度的下降，从而使得复合材料在使用过程中容易出现分层现象，最终导致碳纤维增强树脂复合材料受到破坏，严重的会造成复合材料的失效与破坏。碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维与树脂的界面性能对复合材料的性能有着重要的影响。
常规的碳纤维表面光滑、活性官能团少、表面能低，呈现表面化学惰性，与树脂基体浸润性较差，最终制得的碳纤维增强树脂复合材料界面黏合力较弱。因此需要对碳纤维表面进行改性，提高其与基体树脂的黏结性，进而提高由其制得的碳纤维增强树脂复合材料的性能。目前，碳纤维表面改性方法很多，包括氧化法、刻蚀法、涂层法等，其中近期出现的石墨烯涂层改性碳纤维的方法对于改善碳纤维与树脂界面性能，提高复合材料力学性能等有明显的效果。
张笑晴等（CN201110102007.0一种石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂及其制备方法）通过将石墨烯引入碳纤维上浆剂中，再涂覆于碳纤维表面，改善碳纤维与基体树脂之间的界面性能。但是由该方法制得的石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂来制备石墨烯改性的碳纤维的过程复杂，需要首先准备上述改性的碳纤维乳液上浆剂、再将该上浆剂涂覆于碳纤维丝上、烘干溶剂、得到改性的碳纤维丝，将改性的碳纤维丝作为制备碳纤维增强树脂复合材料的原料使用。上述改性的碳纤维丝的制备过程复杂，且涂覆于碳纤维丝上的石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂的涂覆的量无法控制，从而使得涂覆到碳纤维丝上的石墨烯的量无法控制，最终制得的碳纤维增强树脂复合材料中的石墨烯的量无法控制，且上述制备过程生产耗能大，需要投入的成本高，很难实现大规模的工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中石墨烯改性碳纤维存在的上述不足，提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，该方制得的复合材料中的石墨烯的量可以由制备过程中控制添加的石墨烯的量来控制，使石墨烯与环氧树脂同时与碳纤维进行浸润，从而使得最终制得的复合材料具有很好的一致性。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石墨烯与液态环氧树脂混合，得到第一混合物；
（2）在所述第一混合物中加入能使所述液态环氧树脂交联固化的固化剂，得到第二混合物；
（3）采用复合材料成型工艺，以碳纤维与所述第二混合物为原料，使所述液态环氧树脂交联固化后形成与所述碳纤维成一体的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
优选的是，所述步骤（1）具体为：将所述石墨烯分散于稀释剂中，加入所述液态环氧树脂，蒸干所述稀释剂后得到所述石墨烯与所述液态环氧树脂的第一混合物。
进一步优选的是，所述步骤（1）的操作在超声波的条件下进行，所述超声波的声强为30～120W/cm2，加热温度为40～60℃，加热时间为10分钟～5小时。
优选的是，所述稀释剂为丙酮、乙醇、环己酮、乙二醇、甲苯、苯乙烯中的一种或几种。
优选的是，所述石墨烯与所述稀释剂的比为5～50g/L。
优选的是，所述步骤（1）中的所述石墨烯占所述石墨烯与所述液态环氧树脂的总质量的1～10wt%。
优选的是，所述步骤（2）中的所述液态环氧树脂占该液态环氧树脂与所述步骤（3）中的所述碳纤维的总质量的40～65wt%。
优选的是，所述固化剂的量至少能使所述液态环氧树脂完全固化。
优选的是，所述步骤（3）中的所述复合材料成型工艺为手糊成型工艺、真空袋压成型工艺、树脂转移模塑成型（RTM）工艺中的任意一种。
优选的是，所述步骤（3）中的所述碳纤维为碳纤维丝、碳纤维织物、碳纤维预制体中的任意一种。
本发明还提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述的方法制备。
本发明中的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法中，制得的复合材料中的石墨烯的量可以由制备过程中控制添加的石墨烯的量来控制，由于石墨烯与环氧树脂同时与碳纤维进行浸润，从而使得最终制得的复合材料具有很好的一致性，从而提高了复合材料的整体性能。且该方法的工艺较为简单，降低了制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的成本，生产效率高，适合大规模生产。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
在以下各实施例中，在制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料时，在采用复合材料成型工艺中，使用钢化玻璃作为刚性单面模具，该钢化玻璃的处理过程为：将钢化玻璃表面用清洁剂清理干净后，再用脱模剂涂覆三次，每次涂覆中间间隔为20分钟，得到待用的钢化玻璃。由于钢化玻璃的处理过程为已知的，故在实施例中不再对其进行详细描述。当然，在制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料时，也可以使用其它模具，这里不再一一赘述。
以下各实施例中的石墨烯的制备方法：使用Hummers方法制备氧化石墨，然后再通过水合肼还原得到石墨烯。
实施例1
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到丙酮中，石墨烯与丙酮的比为25mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与丙酮的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的10wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到40℃，并在该温度下继续超声5小时；本实施例中的超声波的声强为30W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将丙酮蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维织物裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5650型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为100:100；当然，同一液态环氧树脂可以选用不同类型的固化剂，使同一液态环氧树脂完全固化所需要的不同类型的固化剂的量不同，只要能满足固化剂的量至少能使所述液态环氧树脂完全固化即可，本实施例并不限于此。当然，本实施例中的液态环氧树脂也可以选用其它的环氧树脂。
采用手糊工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：使用刷子将石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物刷到模具表面，之后将裁剪好的碳纤维织物铺到模具中，在碳纤维织物表面继续刷石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物浸入到碳纤维织物内，重复此步骤，直至将8层碳纤维织物都已铺好，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维织物的总质量的65wt%，之后等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例中的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法中，制得的复合材料中的石墨烯的量可以由制备过程中控制添加的石墨烯的量来控制，由于石墨烯与环氧树脂同时与碳纤维织物进行浸润，从而使得最终制得的复合材料具有很好的一致性，从而提高了复合材料的整体性能。且该方法的工艺较为简单，降低了制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的成本，生产效率高，适合大规模生产。
上述改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度为483.08Mpa、549.62Mpa、547.30Mpa、513.38Mpa、465.98Mpa，平均值为511.87Mpa，弯曲强度为：721.84MPa、599.91MPa、691.19MPa、702.51MPa以及762.53MPa，平均弯曲强度为695.60MPa，该复合材料的强度得到了提高。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
实施例2
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到乙醇中，石墨烯与乙醇的比为10mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与乙醇的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的2wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到45℃，并在该温度下继续超声1小时；本实施例中的超声波的声强为60W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将乙醇蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维丝裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5706型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为8：100；
采用真空袋压成型工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：首先将8层剪裁好的碳纤维丝铺放到模具中，之后在模具上打好密封袋并安装好真空装置，之后将上述改性的环氧树脂及固化剂的混合溶液充到模具中，保证混合溶液对碳纤维丝的浸入，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维丝的总质量的45wt%，之后保持抽真空并等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
本实施例中的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法中，制得的复合材料中的石墨烯的量可以由制备过程中控制添加的石墨烯的量来控制，由于石墨烯与环氧树脂同时与碳纤维丝进行浸润，从而使得最终制得的复合材料具有很好的一致性，从而提高了复合材料的整体性能。且该方法的工艺较为简单，降低了制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的成本，生产效率高，适合大规模生产。
实施例3
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到环己酮中，石墨烯与环己酮的比为50mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与环己酮的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的1wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到60℃，并在该温度下继续超声2小时；本实施例中的超声波的声强为120W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将环己酮蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维预制体裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5016型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为50:100；
采用树脂转移模塑成型工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：将步骤（1）得到的石墨烯改性的液态环氧树脂装入到第一材料罐中，将固化剂装入到第二材料罐中，将8层剪裁好的碳纤维预制体铺放到模具后，再将第一材料罐和第二材料罐通过混合头将石墨烯改性的液态环氧树脂和固化剂注入到模具中，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维预制体的总质量的40wt%，注入结束后再将温度提高到80℃，之后等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
上述得到的碳纤维复合材料层压板样条的拉伸强度为693.56Mpa、741.37Mpa、667.70Mpa、560.27Mpa、620.50Mpa，平均值为656.68Mpa，弯曲强度为：1137.69MPa、1283.22MPa、935.85MPa、1187.45MPa以及1344.94MPa，平均弯曲强度为1177.83MPa，该复合材料的强度得到了提高。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
现有技术中的碳纤维乳液上浆剂能应用于碳纤维丝上，而无法应用于实施例1中的碳纤维织物以及本实施例中的碳纤维预制体上，这是因为现有技术中是将石墨烯作为石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂的一种组成，通过将碳纤维丝过石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂的方法将石墨烯涂覆在碳纤维丝上。而对于碳纤维织物或者碳纤维预制体来说，现有技术的这种方法没法使用，因为碳纤维织物或者碳纤维预制体无需涂覆任何上浆剂。而本实施例中的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，可以直接以现有的碳纤维预制体为原料进行制备，原料来源简单，且大大缩短了制备方法的步骤。同理，实施例1中的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，可以直接以现有的碳纤维织物为原料进行制备，原料来源简单，且大大缩短了制备方法的步骤。
现有技术中，将碳纤维丝过石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂的方法将石墨烯涂覆在碳纤维丝上，得到石墨烯改性的碳纤维丝，如果将该改性的碳纤维丝编织成碳纤维织物或者碳纤维预制体的话，由于石墨烯改性的碳纤维丝上会有固化的上浆剂，在编织过程中会出现固化的上浆剂脱落的现象，这样使得最终石墨烯无法均匀的分布于最终制得的碳纤维织物或者碳纤维预制体中，从而造成了由该碳纤维织物或者碳纤维预制体为原料制备的碳纤维增强树脂复合材料的性能不均匀。
由实施例1或者本实施例中的制备方法制得的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的均匀性好，且其中的石墨烯分布均匀，且由制备方法可以控制石墨烯的量，且在制备过程中，由于石墨烯与环氧树脂同时与碳纤维织物或者碳纤维预制体进行浸润，使得改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的性能一致，使用效果良好。
实施例4
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到乙醇和乙二醇的混合溶剂中（乙醇与乙二醇的质量比为1:1），石墨烯与乙醇和乙二醇的混合溶剂的比为30mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与丙酮的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的4wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到55℃，并在该温度下继续超声4小时；本实施例中的超声波的声强为40W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将乙醇和乙二醇的混合溶剂蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维丝裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5706型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为8:100；
采用手糊工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：使用刷子将石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物刷到模具表面，之后将裁剪好的碳纤维丝铺到模具中，在碳纤维丝表面继续刷石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物浸入到碳纤维丝内，重复此步骤，直至将8层碳纤维丝都已铺好，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维丝的总质量的55wt%，之后等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
实施例5
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到甲苯中，石墨烯与甲苯的比为5mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与甲苯的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的5wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到40℃，并在该温度下继续超声10分钟；本实施例中的超声波的声强为30W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将甲苯蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维预制体裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5016型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为50:100；
采用真空袋压成型工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：首先将8层剪裁好的碳纤维预制体铺放到模具中，之后在模具上打好密封袋并安装好真空装置，之后将上述改性的环氧树脂及固化剂的混合溶液充到模具中，保证混合溶液对碳纤维预制体的浸入，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维预制体的总质量的50wt%，之后保持抽真空并等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
实施例6
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到丙酮中，石墨烯与丙酮的比为5mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与丙酮的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的5wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到50℃，并在该温度下继续超声2小时；本实施例中的超声波的声强为120W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将丙酮蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维织物裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5650型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为100:100；
采用树脂转移模塑成型工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：将步骤（1）得到的石墨烯改性的液态环氧树脂装入到第一材料罐中，将固化剂装入到第二材料罐中，将8层剪裁好的碳纤维织物铺放到模具后，再将第一材料罐和第二材料罐通过混合头将石墨烯改性的液态环氧树脂和固化剂注入到模具中，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维织物的总质量的40wt%，注入结束后再将温度提高到80℃，之后等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
实施例7
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到苯乙烯中，石墨烯与苯乙烯的比为25mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与苯乙烯的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的10wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到50℃，并在该温度下继续超声5小时；本实施例中的超声波的声强为70W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将苯乙烯蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维预制体裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5016型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为50:100；
采用手糊工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：使用刷子将石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物刷到模具表面，之后将裁剪好的碳纤维预制体铺到模具中，在碳纤维预制体表面继续刷石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物浸入到碳纤维预制体内，重复此步骤，直至将8层碳纤维预制体都已铺好，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维预制体的总质量的65wt%，之后等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
实施例8
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到环己烷中，石墨烯与环己烷的比为40mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与环己烷的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的8wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到48℃，并在该温度下继续超声3小时；本实施例中的超声波的声强为80W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将环己烷蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维丝裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5650型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为100:100；
采用真空袋压成型工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：首先将8层剪裁好的碳纤维丝铺放到模具中，之后在模具上打好密封袋并安装好真空装置，之后将上述改性的环氧树脂及固化剂的混合溶液充到模具中，保证混合溶液对碳纤维丝的浸入，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维丝的总质量的60wt%，之后保持抽真空并等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
实施例9
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）石墨烯改性的液态环氧树脂的制备：
将石墨烯加入到丙酮中，石墨烯与丙酮的比为50mg/ml，机械搅拌3分钟，接着常温下超声5分钟；向石墨烯与丙酮的混合物中加入液态环氧树脂，其中，石墨烯占石墨烯与液态环氧树脂的总质量的1wt%，机械搅拌3分钟后，常温超声30分钟，接着将温度提高到60℃，并在该温度下继续超声10分钟；本实施例中的超声波的声强为70W/cm2。
将上述溶液放置于70℃的真空烘箱中，干燥6小时，将丙酮蒸干；冷却后即得到石墨烯改性的液态环氧树脂，该树脂需要尽快用来制备复合材料层压板。
（2）利用清洗剂清洁刚性单面模具，10分钟后涂一次脱模剂，等30分钟后再次涂脱模剂，将模具放置20分钟；
将碳纤维织物裁剪成30cm*50cm的尺寸；
将固化剂加入到步骤（1）中得到的石墨烯改性的液态环氧树脂中，机械搅拌5分钟，得到石墨烯改性的液态环氧树脂与固化剂的混合物，本实施例中的固化剂具体为无锡蓝星石化的5706型固化剂，液态环氧树脂具体为DOW公司的DER331型液态环氧树脂，其中，固化剂与液态环氧树脂的质量比为8:100；
采用树脂转移模塑成型工艺制备改性的碳纤维/环氧树脂复合材料层压板：将步骤（1）得到的石墨烯改性的液态环氧树脂装入到第一材料罐中，将固化剂装入到第二材料罐中，将8层剪裁好的碳纤维织物铺放到模具后，再将第一材料罐和第二材料罐通过混合头将石墨烯改性的液态环氧树脂和碳纤维织物注入到模具中，所述液态环氧树脂占所述液态环氧树脂与所述碳纤维织物的总质量的50wt%，注入结束后再将温度提高到80℃，之后等待液态环氧树脂体系固化，则得到改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
本实施例提供一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其由上述方法制备。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯与液态环氧树脂混合，得到第一混合物；
（2）在所述第一混合物中加入能使所述液态环氧树脂交联固化的固化剂，得到第二混合物；
（3）采用复合材料成型工艺，以碳纤维与所述第二混合物为原料，使所述液态环氧树脂交联固化后形成与所述碳纤维成一体的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料。
2.根据权利要求1所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为：将所述石墨烯分散于稀释剂中，加入所述液态环氧树脂，蒸干所述稀释剂后得到所述石墨烯与所述液态环氧树脂的第一混合物。
3.根据权利要求2所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的操作在超声波的条件下进行，所述超声波的声强为30～120W/cm2，加热温度为40～60℃，加热时间为10分钟～5小时。
4.根据权利要求2所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述稀释剂为丙酮、乙醇、环己酮、乙二醇、甲苯、苯乙烯中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯与所述稀释剂的比为5～50g/L。
6.根据权利要求1所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的所述石墨烯占所述石墨烯与所述液态环氧树脂的总质量的1～10wt%。
7.根据权利要求1所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的所述液态环氧树脂占该液态环氧树脂与所述步骤（3）中的所述碳纤维的总质量的40～65wt%。
8.根据权利要求1所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的所述复合材料成型工艺为手糊成型工艺、真空袋压成型工艺、树脂转移模塑成型工艺中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的所述碳纤维为碳纤维丝、碳纤维织物、碳纤维预制体中的任意一种。
10.一种改性的碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，其由权利要求1～9任意一项所述的方法制备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150318 |