CN104774431B - 环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents
环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104774431B CN104774431B CN201510136795.3A CN201510136795A CN104774431B CN 104774431 B CN104774431 B CN 104774431B CN 201510136795 A CN201510136795 A CN 201510136795A CN 104774431 B CN104774431 B CN 104774431B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- epoxy resin
- carbon
- carbon cloth
- silicon rubber
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 162
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 162
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 title claims abstract description 133
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims abstract description 72
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 41
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 41
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 75
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 52
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 44
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 40
- 229920000260 silastic Polymers 0.000 claims description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 31
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 19
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- -1 Alkenyl siloxane Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 13
- 238000001994 activation Methods 0.000 claims description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 13
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 claims description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical group CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 8
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 7
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 150000001924 cycloalkanes Chemical class 0.000 claims description 3
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 125000002485 formyl group Chemical class [H]C(*)=O 0.000 claims 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000005060 rubber Substances 0.000 abstract description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 4
- 239000002815 homogeneous catalyst Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229930185605 Bisphenol Natural products 0.000 description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 3
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000007363 ring formation reaction Methods 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N Propionic aldehyde Chemical compound CCC=O NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 description 1
- 206010003549 asthenia Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- HIHIPCDUFKZOSL-UHFFFAOYSA-N ethenyl(methyl)silicon Chemical compound C[Si]C=C HIHIPCDUFKZOSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002905 orthoesters Chemical class 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N pentamethylene Natural products C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004817 pentamethylene group Chemical group [H]C([H])([*:2])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[*:1] 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 125000003003 spiro group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法，属于碳纤维增强材料领域。该环氧树脂/碳纤维复合材料中包括硅橡胶，该硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起。本发明通过向复合材料中加入硅橡胶，使硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起，制备得到环氧树脂、碳纤维和硅橡胶相容性较好的复合材料。通过在该复合材料中加入硅橡胶，能够有效降低该复合材料的界面应力，并同时提高其强度，其冲击强度相比常规的不含有硅橡胶的环氧树脂/碳纤维复合材料提高了30‑45％。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维增强材料领域，特别涉及一种环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂/碳纤维复合材料是一种高强度材料，其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等优异性能，广泛用于航天、汽车、电子、体育用品、医疗器械等领域。由于环氧树脂/碳纤维复合材料的性能决定于所用的碳纤维本体、环氧树脂基体以及两者之间的结合力度。然而，由于环氧树脂和碳纤维的热膨胀系数有较大差距，这容易使得固化后的环氧树脂/碳纤维复合材料存在较大的界面热残余应力。此外，该环氧树脂/碳纤维复合材料还因环氧树脂的固化而存在收缩残余应力。这些界面应力的存在非常容易造成环氧树脂/碳纤维复合材料损坏。所以，提供一种具有低界面应力的环氧树脂/碳纤维复合材料的十分必要。
举例来说，现有技术通常通过向环氧树脂/碳纤维复合材料中引入膨胀性单体，例如螺环原碳酸酯类、螺环原酸酯类、双环原酸酯类、缩酮内酯类等，从而在一定程度上减小环氧树脂/碳纤维复合材料的界面应力。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术在环氧树脂/碳纤维复合材料中加入膨胀性单体，会使得环氧树脂/碳纤维复合材料的剪切强度损失，且各组分之间的相容性差。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种相容性好且界面应力小的环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法。具体技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，所述复合材料中含有硅橡胶，所述硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起。
具体地，作为优选，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。
具体地，作为优选，所述硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷。
具体地，作为优选，所述碳纤维为碳纤维布。
另一方面，本发明实施例提供了上述任意一种复合材料的制备方法，包括：
步骤a、选取预定铺层的碳纤维布作为碳纤维原料，并对所述碳纤维布进行除杂，然后采用空气冷等离子体对除杂后的碳纤维布进行活化处理，得到活化的碳纤维布；
步骤b、按重量份计，将10-20份的液体硅橡胶、4-6份的交联剂以及1-2份的催化剂混合，配制成预定重量的液体硅橡胶处理液；
步骤c、将所述活化的碳纤维布浸渍在所述液体硅橡胶处理液中，使碳纤维布的内部及表面均布满所述液体硅橡胶处理液，然后进行风干，得到厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布；
步骤d按重量份计，将10份的环氧树脂和2-3份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成预定重量的环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将所述环氧树脂处理液浸润至所述附有硅橡胶的碳纤维布中，然后进行固化处理，得到所述复合材料。
具体地，作为优选，所述步骤a中，通过将所述碳纤维布置于有机溶剂中浸泡2-3h，然后在真空干燥箱中于50-80℃的温度下干燥30-60min，来对所述碳纤维布进行除杂。
具体地，作为优选，所述有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃、乙醇中的至少一种。
具体地，作为优选，所述步骤b中，所述液体硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷，所述交联剂为聚甲基氢硅氧烷，所述催化剂为铂及铂的络合物。
具体地，作为优选，所述铂的络合物为氯铂酸与环烷烃、醇或者醛的络合物。
具体地，作为优选，所述步骤c包括：将所述活化的碳纤维布浸渍在所述液体硅橡胶处理液中3-8min，使所述碳纤维布的内部及表面均布满所述液体硅橡胶处理液，然后进行风干，重复该过程3-5次，获取厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
具体地，作为优选，所述步骤d中，所述固化处理包括：在70-90℃下固化处理1-1.5h，然后升温至110-130℃固化处理1.5-2.5h，然后升温至140-160℃固化处理1.5-2.5h。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的环氧树脂/碳纤维复合材料，通过向其中加入硅橡胶，使硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起，制备得到环氧树脂、碳纤维和硅橡胶相容性较好复合材料。通过在该复合材料中加入硅橡胶，能够有效降低该复合材料的界面应力，并同时提高其强度，其冲击强度相比常规的不含有硅橡胶的环氧树脂/碳纤维复合材料提高了30-45％。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一方面，本发明实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，该复合材料中含有硅橡胶，硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起。
本发明实施例提供的环氧树脂/碳纤维复合材料，通过向其中加入硅橡胶，使硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起，制备得到环氧树脂、碳纤维和硅橡胶相容性较好复合材料。通过在该复合材料中加入硅橡胶，能够有效降低该复合材料的界面应力，并同时提高其强度，其冲击强度相比常规的不含有硅橡胶的环氧树脂/碳纤维复合材料提高了30-45％。
可以理解的是，本发明实施例中所用的碳纤维为本领域常见的碳纤维材料，其更优选为耐高温、抗拉强度高、弹性模量大的碳纤维布。举例来说，该碳纤维布的厚度可以为111μm或者167μm。进一步优选地，本发明所选用的碳纤维布的抗拉强度为3000-4500MPa、模量为250-400GPa、伸长率为1.6-1.8％。相应地，本发明实施例所用的环氧树脂也为本领域常用的环氧树脂类型，作为一种优选方式，其可以为双酚F型环氧树脂，该类树脂粘度小(1000-2500mPa·S)，更适合采用真空袋压成型法进行成型处理。由上述可知，本发明实施例提供的环氧树脂/碳纤维复合材料同样具有比强度、比模量高，密度小，结构尺寸稳定、耐热、耐低温及材料性能可设计等优点，其既可以作为结构材料承载又可以作为功能材料发挥作用。而本发明实施例所采用的硅橡胶具有良好的抗冲击力及弹性，通过将硅橡胶、环氧树脂和碳纤维互相交联在一起，三者之间具有高相容性，不仅有效降低所制备的环氧树脂/碳纤维复合材料的界面应力，且能够进一步提高该复合材料的强度。
具体地，为了提高硅橡胶与环氧树脂及碳纤维布的交联力度，本发明实施例所用的硅橡胶可以为甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶等。举例来说，其可以为聚甲基乙烯基硅氧烷。相应地，在使用过程中，需要交联剂使其与环氧树脂交联，所用的交联剂为聚甲基氢硅氧烷。其中，在保证不降低环氧树脂/碳纤维复合材料强度的前提下，且能有效降低该复合材料的界面应力，减少其受损的风险，本发明实施例聚甲基氢硅氧烷占该复合材料的重量比一般在5％-20％之间，优选7-15％之间。
另一方面，本发明实施例提供了上述任意一种的复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤101、选取预定铺层的碳纤维布作为碳纤维原料，并对该碳纤维布进行除杂，然后采用空气冷等离子体对除杂后的碳纤维布进行活化处理，得到活化的碳纤维布。
步骤101通选用本领域常见的碳纤维布作为碳纤维原材料，通过对该碳纤维布进行除杂处理，以除去碳纤维布上存在的低分子有机物以及其他各种杂质，从而提高碳纤维布与环氧树脂之间的结合力度。具体地，通过将该碳纤维布置于有机溶剂(例如，丙酮、四氢呋喃、乙醇及其组合物等)中浸泡2-3h，优选2h，然后在真空干燥箱中于50-80℃的温度下干燥30-60min，从而有效除去低分子类有机物，达到对该碳纤维布进行除杂的目的。
进一步地，步骤101中，采用空气等冷离子体对上述干燥后的碳纤维布进行活化处理，从而使该干燥的碳纤维布的表面附有羟基、羧基等活性基团，进而通过这些活性基团与环氧树脂中的环氧基发生交联作用，提高两者的结合力度。此外，该碳纤维布经空气冷等离子体处理后，其静摩擦系数和动摩擦系数均得到大幅度提升，纤维表面出现横向均匀刻蚀层，粗糙度增加，更利于提高其与硅橡胶以及环氧树脂之间的结合力度，进而减小复合材料的界面应力。作为优选，空气等冷离子体的处理条件如下：处理功率为200-400W、处理时间为30-45min、处理压力为30-50Pa。
此外，在制备本发明实施例提供的复合材料的过程中，对碳纤维布的铺层安排不作具体限定。亦即，根据特定的碳纤维布的铺层安排，所制备的复合材料中碳纤维和环氧树脂的重量配比也相应的有所改变。不过，本发明实施例期望的是，环氧树脂和硅橡胶均尽可能的浸入并布满碳纤维布的内部及表面。
步骤102、按重量份计，将10-20份的液体硅橡胶、4-6份的交联剂以及1-2份的催化剂混合，配制成预定重量的液体硅橡胶处理液。
可以理解的是，步骤101和步骤102并无前后顺序的限制。
步骤102进行了液体硅橡胶处理液的配制过程，通过向其中加入交联剂和催化剂，以实现在催化剂的催化作用以及交联剂的交联作用下，硅橡胶与环氧树脂发生交联反应，保证了两者的相容性，进一步提高了所制备的环氧树脂/硅橡胶复合材料的强度。
可以理解的是，液体硅橡胶至少具有如下优异性能：1)安全无毒，环境友好；2)柔韧性高；3)弹性好；4)耐溶剂性良好。所以，本发明实施例通过将液体硅橡胶加入环氧树脂/硅橡胶复合材料中，能提高该复合材料的韧性和弹性，保证了该复合材料的界面应力较小。作为优选，本发明实施例所用的液体硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷。
由于所用的硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷，为了使其有效发生交联反应，所用的交联剂为含氢硅油，优选为聚甲基氢硅氧烷。这是因为聚甲基氢硅氧分子中直接与硅原子相连接的活性氧原子能够与聚甲基乙烯基硅氧烷中的乙烯基进行加成反应使其硫化，进而得到网状结构的高强度硫化胶。其中，为了得到最佳性能的硫化胶，聚甲基氢硅氧烷与聚甲基乙烯基硅氧烷的摩尔比优选为1.2:1-1.5。此外，为了提高硅橡胶的交联率，本发明实施例所用的催化剂为铂及铂的络合物，优选均相的铂的络合物作为催化剂，举例来说，其可以为氯铂酸与环烷烃、醇或者醛的络合物。
步骤103、将步骤101中得到活化的碳纤维布浸渍在步骤102得到的液体硅橡胶处理液中，使碳纤维布的内部及表面均布满液体硅橡胶处理液，然后进行风干，获取厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
可以理解的是，步骤103中所述的“附有硅橡胶的碳纤维布”指的是碳纤维布的内部空隙及所有表面上，尤其是期望的上、下表面上均附有一层硅橡胶层。具体地，该硅橡胶应当充满该碳纤维布的孔隙。
作为优选，为了得到期望厚度的硅橡胶层，并提高硅橡胶与碳纤维的结合力度，重复三次或更多次进行“将活化的碳纤维布浸渍在液体硅橡胶处理液中3-8min，然后进行风干”的过程，直至得到厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布。其中，本发明实施例使附有硅橡胶的碳纤维布的厚度为150-600μm，例如200μm、300μm、400μm、500μm等，以使碳纤维布上布满足够与其及环氧树脂交联的硅橡胶，进一步提高所制备的复合材料的抗冲击性。
步骤104、按重量份计，将10份的环氧树脂和2-3份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成预定重量的环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将所述环氧树脂处理液浸润至所述附有硅橡胶的碳纤维布中，然后进行固化处理，得到所述复合材料。
可以理解的是，第一，步骤104中所述的环氧树脂固化剂的种类和用量根据所使用的环氧树脂的种类来确定，由于这是本领域常见的现有技术，本发明实施例在此不对其作更具体的限定。一般情况下，环氧树脂和环氧树脂固化剂的质量比为10:2-3。第二，步骤104中所述的“真空袋压成型法”为本领域常用的固化工艺，本发明实施例在此不对其作更具体地限定。步骤104通过上述工艺将环氧树脂及环氧树脂固化剂浸润进入附有硅橡胶的碳纤维布中，使环氧树脂充分进入碳纤维的内部，充满其中的空隙，进而在固化处理过程中，使环氧树脂与硅橡胶和碳纤维布同时发生交联作用，三者交织在一起，保证了相容性并提高复合材料的强度。
作为优选，步骤104中固化处理包括：在70-90℃下固化处理1-1.5h，然后升温至110-130℃固化处理1.5-2.5h，然后升温至140-160℃固化处理1.5-2.5h。优选在80℃下固化处理1h，在120℃下固化处理2h，在150℃下固化处理2h。如此设置，保证了硅橡胶和环氧树脂顺利固化，并与碳纤维布互相交联，从而使所制备的环氧树脂/碳纤维复合材料的界面应力较小。
进一步地，本发明实施例提供的方法还包括对步骤104制备得到的复合材料进行后处理，例如对其进行脱模、修边、裁剪、打磨，以便于利用该复合材料制备得到期望的产品。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
以下实施例中所用的碳纤维布购自宜兴市汇峰碳纤维科技有限公司，型号为T-D1017；
以下实施例中所用的环氧树脂为双酚F型环氧树脂，其购自重庆永华化工集团公司；相应地，所用的环氧树脂固化剂为聚醚胺，其购自广州惠盛化工产品有限公司，型号为D-230；
以下实施例中所用的聚甲基乙烯基硅氧烷购自佛山市华谷有机硅有限公司，型号为20000。
实施例1
本实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，该复合材料中包括碳纤维、环氧树脂和硅橡胶，三者互相交联在一起。其中，该复合材料中，碳纤维的重量百分含量为52％。
该环氧树脂/碳纤维复合材料的制备方法如下：
(1)对碳纤维布进行活化处理：将碳纤维布置于丙酮溶液中浸泡2h以去除低分子类有机物及其他杂质。然后将除杂后的碳纤维布取出并置于真空干燥箱中烘干，于50℃的温度下干燥40min。随后对该干燥的碳纤维布进行空气冷等离子体处理，以活化该碳纤维布。其中，在空气冷等离子体处理过程中，处理功率为400W，处理压力为40Pa，处理时间为30min。
(2)配制液体硅橡胶处理液：将10份聚甲基乙烯基硅氧烷、4份聚甲基氢硅氧烷、1份均相催化剂(氯铂酸与异丙醇的络合物)在室温下混合搅拌均匀，得到液体硅橡胶处理液。
(3)将步骤(1)处理过的碳纤维布浸泡在步骤(2)配制的液体硅橡胶处理液中8min，然后进行风干。重复该过程3次，直至获取厚度为300μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
(4)按重量份计，将10份的环氧树脂和2份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将该环氧树脂处理液浸润至步骤(3)中获得的碳纤维布中，直至环氧树脂处理液完全充满该碳纤维布。随后进行固化处理，使碳纤维、硅橡胶和环氧树脂三者相互交联在一起，形成本实施例期望的环氧树脂/碳纤维复合材料。其中，该固化处理过程如下：80℃下固化处理1h，然后升温至120℃固化处理2h，随后升温至150℃固化处理2h。
实施例2
本实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，该复合材料中包括碳纤维、环氧树脂和硅橡胶，三者互相交联在一起。其中，该复合材料中，碳纤维的重量百分含量为50％。
该环氧树脂/碳纤维复合材料的制备方法如下：
(1)对碳纤维布进行活化处理：将碳纤维布置于四氢呋喃溶液中浸泡3h以去除低分子类有机物及其他杂质。然后将除杂后的碳纤维布取出并置于真空干燥箱中烘干，于80℃的温度下干燥60min。随后对该干燥的碳纤维布进行空气冷等离子体处理，以活化该碳纤维布。其中，在空气冷等离子体处理过程中，处理功率为330W，处理压力为41Pa，处理时间为35min。
(2)配制液体硅橡胶处理液：将20份聚甲基乙烯基硅氧烷、6份聚甲基氢硅氧烷、2份均相催化剂(氯铂酸与环戊烷的络合物)在室温下混合搅拌均匀，得到液体硅橡胶处理液。
(3)将步骤(1)处理过的碳纤维布浸泡在步骤(2)配制的液体硅橡胶处理液中4min，然后进行风干。重复该过程4次，直至获取厚度为600μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
(4)按重量份计，将10份的环氧树脂和3份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将该环氧树脂处理液浸润至步骤(3)中获得的碳纤维布中，直至环氧树脂处理液完全充满该碳纤维布。随后进行固化处理，使碳纤维、硅橡胶和环氧树脂三者相互交联在一起，形成本实施例期望的环氧树脂/碳纤维复合材料。其中，该固化处理过程如下：80℃下固化处理1h，然后升温至110℃固化处理1.5h，随后升温至160℃固化处理2.5h。
实施例3
本实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，该复合材料中包括碳纤维、环氧树脂和硅橡胶，三者互相交联在一起。其中，该复合材料中，碳纤维的重量百分含量为52％。
该环氧树脂/碳纤维复合材料的制备方法如下：
(1)对碳纤维布进行活化处理：将碳纤维布置于乙醇溶液中浸泡2.5h以去除低分子类有机物及其他杂质。然后将除杂后的碳纤维布取出并置于真空干燥箱中烘干，于70℃的温度下干燥40min。随后对该干燥的碳纤维布进行空气冷等离子体处理，以活化该碳纤维布。其中，在空气冷等离子体处理过程中，处理功率为380W，处理压力为43Pa，处理时间为45min。
(2)配制液体硅橡胶处理液：将15份聚甲基乙烯基硅氧烷、6份聚甲基氢硅氧烷、1.5份均相催化剂(氯铂酸与丙醛的络合物)在室温下混合搅拌均匀，得到液体硅橡胶处理液。
(3)将步骤(1)处理过的碳纤维布浸泡在步骤(2)配制的液体硅橡胶处理液中8min，然后进行风干。重复该过程3次，直至获取厚度为300μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
(4)按重量份计，将10份的环氧树脂和2.5份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将该环氧树脂处理液浸润至步骤(3)中获得的碳纤维布中，直至环氧树脂处理液完全充满该碳纤维布。随后进行固化处理，使碳纤维、硅橡胶和环氧树脂三者相互交联在一起，形成本实施例期望的环氧树脂/碳纤维复合材料。其中，该固化处理过程如下：90℃下固化处理1h，然后升温至130℃固化处理2.5h，随后升温至140℃固化处理1.5h。
实施例4
本实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，该复合材料中包括碳纤维、环氧树脂和硅橡胶，三者互相交联在一起。其中，该复合材料中，碳纤维的重量百分含量为52％。
该环氧树脂/碳纤维复合材料的制备方法如下：
(1)对碳纤维布进行活化处理：将碳纤维布置于丙酮溶液中浸泡3h以去除低分子类有机物及其他杂质。然后将除杂后的碳纤维布取出并置于真空干燥箱中烘干，于75℃的温度下干燥60min。随后对该干燥的碳纤维布进行空气冷等离子体处理，以活化该碳纤维布。其中，在空气冷等离子体处理过程中，处理功率为400W，处理压力为40Pa，处理时间为50min。
(2)配制液体硅橡胶处理液：将10份聚甲基乙烯基硅氧烷、6份聚甲基氢硅氧烷、1份均相催化剂(氯铂酸与异丁醇的络合物)在室温下混合搅拌均匀，得到液体硅橡胶处理液。
(3)将步骤(1)处理过的碳纤维布浸泡在步骤(2)配制的液体硅橡胶处理液中6min，然后进行风干。重复该过程4次，直至获取厚度为430μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
(4)按重量份计，将10份的环氧树脂和2份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将该环氧树脂处理液浸润至步骤(3)中获得的碳纤维布中，直至环氧树脂处理液完全充满该碳纤维布。随后进行固化处理，使碳纤维、硅橡胶和环氧树脂三者相互交联在一起，形成本实施例期望的环氧树脂/碳纤维复合材料。其中，该固化处理过程如下：80℃下固化处理1.5h，然后升温至110℃固化处理1.5h，随后升温至150℃固化处理2.5h。
对比例1
本实施例提供了一种与实施例1提供的环氧树脂/碳纤维复合材料作空白对照作用的空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品，该空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品的制备方法均与实施例1相同，除了不在其中加入液体硅橡胶，即该空白环氧树脂/碳纤维复合材料中不含有硅橡胶。
对比例2
本实施例提供了一种与实施例2提供的环氧树脂/碳纤维复合材料作空白对照作用的空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品，该空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品的制备方法均与实施例2相同，除了不在其中加入液体硅橡胶，即该空白环氧树脂/碳纤维复合材料中不含有硅橡胶。
对比例3
本实施例提供了一种与实施例3提供的环氧树脂/碳纤维复合材料作空白对照作用的空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品，该空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品的制备方法均与实施例3相同，除了不在其中加入液体硅橡胶，即该空白环氧树脂/碳纤维复合材料中不含有硅橡胶。
对比例4
本实施例提供了一种与实施例4提供的环氧树脂/碳纤维复合材料作空白对照作用的空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品，该空白环氧树脂/碳纤维复合材料样品的制备方法均与实施例4相同，除了不在其中加入液体硅橡胶，即该空白环氧树脂/碳纤维复合材料中不含有硅橡胶。
实施例5
本实施例采用摆锤式冲击试验对实施例1-4提供的环氧树脂/碳纤维复合材料以及对比例1-4提供的空白环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度(即冲击韧性)进行了测试，结果显示：
与对比例1提供的不含有硅橡胶的空白环氧树脂/碳纤维复合材料相比，实施例1提供的环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度提高了40％。
与对比例2提供的不含有硅橡胶的空白环氧树脂/碳纤维复合材料相比，实施例2提供的环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度提高了42％。
与对比例3提供的不含有硅橡胶的空白环氧树脂/碳纤维复合材料相比，实施例3提供的环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度提高了38％。
与对比例4提供的不含有硅橡胶的空白环氧树脂/碳纤维复合材料相比，实施例4提供的环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度提高了45％。
由上述可知，本发明实施例通过向环氧树脂/碳纤维复合材料中加入硅橡胶，有效降低了该复合材料的界面应力，同时提高了该复合材料的强度，使这些复合材料的冲击强度提高了大约40％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种环氧树脂/碳纤维复合材料的制备方法，包括：
步骤a、选取预定铺层的碳纤维布作为碳纤维原料，对所述碳纤维布进行除杂，然后采用空气冷等离子体对除杂后的碳纤维布进行活化处理，得到活化的碳纤维布；
步骤b、按重量份计，将10-20份的液体硅橡胶、4-6份的交联剂以及1-2份的催化剂混合，配制成预定重量的液体硅橡胶处理液；
步骤c、将所述活化的碳纤维布浸渍在所述液体硅橡胶处理液中，使碳纤维布的内部及表面均布满所述液体硅橡胶处理液，然后进行风干，得到厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布；
步骤d、按重量份计，将10份的环氧树脂和2-3份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成预定重量的环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将所述环氧树脂处理液浸润至所述附有硅橡胶的碳纤维布中，随后进行固化处理，得到所述复合材料；
通过将所述碳纤维布置于有机溶剂中浸泡2-3h，然后在真空干燥箱中于50-80℃的温度下干燥30-60min，来对所述碳纤维布进行除杂；
所述固化处理包括：在70-90℃下固化处理1-1.5h，然后升温至110-130℃固化处理1.5-2.5h，然后升温至140-160℃固化处理1.5-2.5h；
所述有机溶剂为丙酮、四氢呋喃、或者乙醇；
所述空气冷等离子体的处理条件如下：处理功率为200-400W、处理时间为30-45min、处理压力为30-50Pa；
所述复合材料中，硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中，所述液体硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷，所述交联剂为聚甲基氢硅氧烷，所述催化剂为铂及铂的络合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铂的络合物为氯铂酸与环烷烃、醇或者醛的络合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c包括：将所述活化的碳纤维布浸渍在所述液体硅橡胶处理液中3-8min，使所述碳纤维布的内部及表面均布满所述液体硅橡胶处理液，然后进行风干，重复该过程3-5次，获取厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510136795.3A CN104774431B (zh) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | 环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510136795.3A CN104774431B (zh) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | 环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104774431A CN104774431A (zh) | 2015-07-15 |
| CN104774431B true CN104774431B (zh) | 2017-09-12 |
Family
ID=53616218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510136795.3A Active CN104774431B (zh) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | 环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104774431B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105179825A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-23 | 西安斯通管业有限公司 | 浸润处理的非金属纤维复合管、生产设备及方法 |
| CN105733174B (zh) * | 2016-02-02 | 2017-12-12 | 东南大学 | 一种纤维表面处理方法及纤维增强复合材料和复合材料的制备方法 |
| CN105887463B (zh) * | 2016-04-25 | 2018-12-07 | 西安交通大学 | 一种碳纤维表面活性提高的微波辐射处理方法与装置 |
| CN107757320A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-06 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种车门防撞板及制备方法、车门 |
| CN110591375B (zh) * | 2019-09-17 | 2021-08-27 | 四川大学 | 一种具有互穿网络结构的高性能环氧-硅橡胶改性材料 |
| CN111805945A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-23 | 百佳瑞航天航空新材料(苏州)有限公司 | 一种航天航空碳纤维复合材料试件的加工方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101733938A (zh) * | 2008-11-11 | 2010-06-16 | 和硕联合科技股份有限公司 | 碳纤维复合材料的制造方法 |
| CN104403279A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-03-11 | 芜湖市汽车产业技术研究院有限公司 | 一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000143773A (ja) * | 1998-11-11 | 2000-05-26 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | エポキシ樹脂ラッカー及び該エポキシ樹脂ラッカーによるプリプレグ |
| CN1562620A (zh) * | 2004-04-14 | 2005-01-12 | 杨林江 | 一种汽车壳体用复合材料的制备方法 |
| CN103552331B (zh) * | 2013-10-25 | 2016-06-22 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种热塑性树脂超细纤维膜增韧预浸料的制备方法 |
-
2015
- 2015-03-26 CN CN201510136795.3A patent/CN104774431B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101733938A (zh) * | 2008-11-11 | 2010-06-16 | 和硕联合科技股份有限公司 | 碳纤维复合材料的制造方法 |
| CN104403279A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-03-11 | 芜湖市汽车产业技术研究院有限公司 | 一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 加成型液体硅橡胶概述;徐小辉等;《弹性体》;20061231;第16卷(第2期);第69-72页 * |
| 硅橡胶改性环氧树脂的研究;杨俊华编译;《热固性树脂》;19901231;第64、16页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104774431A (zh) | 2015-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104774431B (zh) | 环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 | |
| CN107189354B (zh) | 一种石墨烯纳米片增强碳纤维复合材料的制备方法 | |
| Liu et al. | Ultrasonic treatment of aramid fiber surface and its effect on the interface of aramid/epoxy composites | |
| Ma et al. | Plasma treatment of carbon fibers: Non-equilibrium dynamic adsorption and its effect on the mechanical properties of RTM fabricated composites | |
| CN106633645B (zh) | 一种碳纤维增强高强轻质复合材料及其制备方法 | |
| CA2785279C (en) | Modified resin systems for liquid resin infusion applications & process methods related thereto | |
| Huang et al. | Mechanical and dynamic mechanical properties of epoxy syntactic foams reinforced by short carbon fiber | |
| TW201533180A (zh) | 石墨烯複合塗層 | |
| Lee et al. | Thermal stability and physical properties of epoxy composite reinforced with silane treated basalt fiber | |
| CN109987948A (zh) | 一种碳纤维增强陶瓷基复合材料热解碳界面层的制备方法 | |
| CN105506962B (zh) | 用于纳米粒子改性碳纤维上浆剂的增容方法 | |
| CN109306150A (zh) | 一种室温固化环氧树脂复合材料的制备方法 | |
| Priya et al. | Experimental testing of polymer reinforced with coconut coir fiber composites | |
| CN105885072A (zh) | 一种单向连续纤维增强树脂基复合材料预浸料及其制备方法 | |
| CN106555358A (zh) | 一种对氨基苯甲酸无损改性碳纤维增强纸基湿式摩擦材料的制备方法 | |
| CN105821655A (zh) | 一种高复合性能的芳香族聚合物纤维及其制备方法 | |
| CN112194900A (zh) | 一种复合裙整体成型用硅橡胶模具及其制备方法 | |
| CN100575421C (zh) | 高耐湿热双马来酰亚胺/微胶囊复合材料及其制备方法 | |
| CN110156989A (zh) | 一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料、制备方法及应用 | |
| CN105503229B (zh) | Al2O3f/SiOC雷达吸波型复合材料的制备方法 | |
| CN104403486A (zh) | 反射性汽车粉末涂料 | |
| CN104479297B (zh) | 一种提高环氧树脂碳纤维复合材料界面韧性的方法 | |
| CN114161738B (zh) | 一种适用于rtm工艺的低密度纤维增强体增强材料构件净尺寸成型的方法 | |
| CN106905661A (zh) | 一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料及制作工艺 | |
| CN110183753A (zh) | 一种复合玻璃纤维毡材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |