CN105198279A - 一种碳纤维增强复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳纤维增强复合材料的制备方法，属于材料工程技术领域。本发明通过将碳纤维与碳化硅陶瓷基体和环氧树脂复合制备得到碳纤维增强复合材料，解决了现有碳纤维增强树脂复合材料部分机械性能不足的问题，显著提高了碳纤维增强复合材料的抗弯性能。
Description
技术领域
本发明公开一种碳纤维增强复合材料的制备方法，属于材料工程技术领域。
背景技术
碳纤维，简称CF，属于过渡形式碳，其微结构基本类似石墨，但层面的排列并不规整，属于乱层结构。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料，其拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa，再加上它的重量很轻，这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量，同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点。在化学性能上，碳纤维的化学性质与碳相似，除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的，对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性较好，完全不存在生锈的问题。因此，碳纤维被成为新材料之王。
鉴于碳纤维的优良性能，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。其中碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。目前，广受欢迎的碳纤维自行车，主要在车架（碳架）、前叉、轮组（碳刀车圈）等部件使用碳纤维，具有更为优良的性能。
碳纤维材料，尤其是碳纤维复合材料的加工，对于碳纤维材料的性能影响较大，不同的碳纤维材料在具有十分优良的性能同时，也会因为碳纤维本身的质量和加工工艺的区别出现一些缺陷，例如作为自行车车架的碳纤维增强树脂复合材料，质量轻，拉伸强度断裂韧性较好，但是在抗弯性能上具有不足，从而导致复合材料不能长期使用。因此，碳纤维增强复合材料，不仅需要充分发挥碳纤维的性能，也要避免复合材料的制备工艺导致性能下降的问题。
发明内容
本发明的目的是解决碳纤维增强复合材料抗弯性能不足的问题，主要是在通过碳纤维与碳化硅陶瓷基体和环氧树脂复合制备得到。
技术方案：
一种碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、按重量计，取碳化硅粉体60～85份、氧化铝粉体5～15份、二氧化硅7～15份和纳米氧化钛粉体2～5份放入模具置于高温炉中煅烧，煅烧时间1-2h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为0.5～1:2，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、按重量份计，取E44环氧树脂45～60份、固化剂35～48份、硅烷偶联剂5～12份、聚丙烯酸酯5～10份、硫化异丁烯2～6份和混合粉体6～12份，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
所述的第1步中，煅烧的温度为1980～2150℃。
所述的第1步中，煅烧压力为100～200Mpa。
所述的第4步中，固化剂为聚酰胺固化剂。
所述的第4步中，硅烷偶联剂KH550和KH560的一种或两种。
有益效果
本发明通过碳纤维与碳化硅陶瓷基体和环氧树脂复合制备得到碳纤维增强复合材料，解决了现有碳纤维增强树脂复合材料部分机械性能，尤其是抗弯性能上的不足的问题。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明采用的碳纤维为日本东丽公司的T300级型号碳纤维。
本发明采用的聚酰胺固化剂为徐州中研科技ZY-3115型号低分子量聚酰胺固化剂。
本发明采用的95%酒精，是指体积分数为95%的乙醇水溶液。
实施例1
一种碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、制备碳化硅陶瓷基体：取碳化硅粉体60g、氧化铝粉体5g、二氧化硅7g和纳米氧化钛粉体2g放入模具中，置于高温炉中煅烧，煅烧的温度为2050℃，煅烧压力120Mpa，煅烧1h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、粉体混合；将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1:2，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、环氧树脂复合制备：取E44环氧树脂45g、聚酰胺固化剂35g、KH550硅烷偶联剂5g、聚丙烯酸酯5g、硫化异丁烯2g和混合粉体6g，其中，刻蚀碳纤维2g，碳化硅陶瓷微粉4g，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
实施例2
一种碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、制备碳化硅陶瓷基体：取碳化硅粉体85g、氧化铝粉体15g、二氧化硅15g和纳米氧化钛粉体5g放入模具置于高温炉中煅烧，煅烧的温度为2120℃，煅烧压力150Mpa，煅烧1h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、粉体混合；将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1:2，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、取E44环氧树脂55g、聚酰胺固化剂45g、硅烷偶联剂10g、聚丙烯酸酯6g、硫化异丁烯3g和混合粉体6g，其中，刻蚀碳纤维2g，碳化硅陶瓷微粉4g，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
实施例3
一种碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、制备碳化硅陶瓷基体：取碳化硅粉体72g、氧化铝粉体12g、二氧化硅13g和纳米氧化钛粉体4g放入模具置于高温炉中煅烧，煅烧的温度为2050℃，煅烧压力120Mpa，煅烧1h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、粉体混合；将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1:4，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、取E44环氧树脂52g、聚酰胺固化剂45g、硅烷偶联剂8g、聚丙烯酸酯6g、硫化异丁烯3g和混合粉体10g，其中，刻蚀碳纤维2g，碳化硅陶瓷微粉8g，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
实施例4
一种碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、制备碳化硅陶瓷基体：取碳化硅粉体66g、氧化铝粉体10g、二氧化硅10g和纳米氧化钛粉体3g放入模具置于高温炉中煅烧，煅烧的温度为2050℃，煅烧压力120Mpa，煅烧1h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、粉体混合；将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1:2，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、取E44环氧树脂56g、聚酰胺固化剂45g、硅烷偶联剂11g、聚丙烯酸酯8g、硫化异丁烯5g和混合粉体9g，其中，刻蚀碳纤维3g，碳化硅陶瓷微粉6g，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
实施例5
一种碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、制备碳化硅陶瓷基体：取碳化硅粉体76g、氧化铝粉体7g、二氧化硅11g和纳米氧化钛粉体5g放入模具置于高温炉中煅烧，煅烧的温度为2050℃，煅烧压力120Mpa，煅烧1h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、粉体混合；将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1:3，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、取E44环氧树脂60g、聚酰胺固化剂48g、硅烷偶联剂11g、聚丙烯酸酯7g、硫化异丁烯5g和混合粉体12g，其中，刻蚀碳纤维3g，碳化硅陶瓷微粉9g，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
对照例1
与实施例5的区别在于：将刻蚀碳纤维直接与环氧树脂复合。
第1步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第2步、取E44环氧树脂60g、固化剂48g、硅烷偶联剂11g、聚丙烯酸酯7g、硫化异丁烯5g和刻蚀碳纤维3g，搅拌均匀，在室温下固化。
对照例2
与实施例5的区别在于：刻蚀碳纤维与树脂复合，未加入陶瓷微粉。
第1步、碳纤维表面处理；用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第2步、取E44环氧树脂60g、固化剂48g、硅烷偶联剂11g、聚丙烯酸酯7g、硫化异丁烯5g和刻蚀碳纤维3g，搅拌均匀，在室温下固化。
将上述实施例和对照例制备得到的碳纤维增强复合材料，进行性能测试：
首先，在拉力试验机和冲击试验机测试其拉伸强度和冲击强度，结果如表1所示：
表1实施例1～5和对照例1～2拉伸强度和冲击强度数据
| 弹性模量（MPa） | 拉伸强度（MPa） | 断裂伸长率（%） | |
| 实施例1 | 990 | 83 | 2.8039 |
| 实施例2 | 1020 | 89 | 2.8022 |
| 实施例3 | 1060 | 93 | 2.7989 |
| 实施例4 | 1050 | 91 | 2.8023 |
| 实施例5 | 1120 | 97 | 2.7953 |
| 对照例1 | 890 | 65 | 2.8583 |
| 对照例2 | 860 | 62 | 2.9102 |
由上表可知，通过加入碳化硅陶瓷微粉，复合材料的弹性模量、拉伸强度均有所增加，断裂伸长率降低，其中碳纤维含量对上述指标具有正相关的作用。而且，树脂组分的不同，也对复合材料的性能产生影响。
通过万能试验机测定实施例和对照例复合材料的抗弯性能，结果如表2所示：
表2实施例1～5和对照例1～2抗弯性能测试数据
| 弯曲弹性模量（MPa） | 抗弯强度（MPa） | 最大弯曲负荷点（N） | |
| 实施例1 | 8770 | 152 | 213 |
| 实施例2 | 8810 | 157 | 213 |
| 实施例3 | 8830 | 159 | 215 |
| 实施例4 | 8820 | 158 | 214 |
| 实施例5 | 8850 | 159 | 215 |
| 对照例1 | 1030 | 67 | 174 |
| 对照例2 | 890 | 62 | 173 |
由上表可知，通过加入碳化硅陶瓷微粉，调整树脂组分，改变制备工艺得到复合材料抗弯性能相关指标显著上升，达到优异水平，其中碳纤维含量对上述指标具有正相关的作用。
Claims (5)
1.一种碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、按重量计，取碳化硅粉体60～85份、氧化铝粉体5～15份、二氧化硅7～15份和纳米氧化钛粉体2～5份放入模具置于高温炉中煅烧，煅烧时间1-2h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
第2步、用质量浓度为60%的硝酸处理碳纤维，室温下处理1h，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维；
第3步、将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为0.5～1:2，在研磨机中加入95%酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
第4步、按重量份计，取E44环氧树脂45～60份、固化剂35～48份、硅烷偶联剂5～12份、聚丙烯酸酯5～10份、硫化异丁烯2～6份和混合粉体6～12份，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料。
2.根据权利要求1所述的耐候性改性环氧树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述第1步中，煅烧的温度为1980～2150℃。
3.根据权利要求1所述的耐候性改性环氧树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述第1步中，煅烧压力为100～200Mpa。
4.根据权利要求1所述的耐候性改性环氧树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述第4步中，固化剂为聚酰胺固化剂。
5.根据权利要求1所述的耐候性改性环氧树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述第4步中，硅烷偶联剂KH550和KH560的一种或两种。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105541197A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-05-04 | 哈尔滨工业大学 | 短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法 |
| CN106223564A (zh) * | 2016-09-09 | 2016-12-14 | 成都九十度工业产品设计有限公司 | 一种纤维增强高耐冲击性瓷砖 |
| CN107828188A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-23 | 万丰航空工业有限公司 | 一种用于飞机外壳的碳纤维复合材料的制造方法 |
| CN108484135A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-04 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料 |
| CN110721889A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-24 | 厦门欧势复材科技有限公司 | 一种利用高耐冲击碳纤维制备耐高温涂层的方法 |
| CN112536909A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-23 | 唐玉明 | 一种大尺寸超薄高强度陶瓷大板的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1597765A (zh) * | 2004-08-12 | 2005-03-23 | 上海交通大学 | 稀土改性碳纤维/聚四氟乙烯复合材料制备方法 |
| CN102220101A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-10-19 | 哈尔滨工业大学 | 粘接陶瓷的双组份环氧胶粘剂及其制备方法和使用方法 |
| CN103980663A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-08-13 | 宁波莱姆格迪童车科技有限公司 | 一种用于儿童汽车车身板的复合材料及其制备方法 |
| CN104672772A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-03 | 合肥康龄养生科技有限公司 | 一种导电优良的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法 |
-
2015
- 2015-11-04 CN CN201510747240.2A patent/CN105198279A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1597765A (zh) * | 2004-08-12 | 2005-03-23 | 上海交通大学 | 稀土改性碳纤维/聚四氟乙烯复合材料制备方法 |
| CN102220101A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-10-19 | 哈尔滨工业大学 | 粘接陶瓷的双组份环氧胶粘剂及其制备方法和使用方法 |
| CN103980663A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-08-13 | 宁波莱姆格迪童车科技有限公司 | 一种用于儿童汽车车身板的复合材料及其制备方法 |
| CN104672772A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-03 | 合肥康龄养生科技有限公司 | 一种导电优良的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105541197A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-05-04 | 哈尔滨工业大学 | 短切碳化硅纤维增强铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法 |
| CN106223564A (zh) * | 2016-09-09 | 2016-12-14 | 成都九十度工业产品设计有限公司 | 一种纤维增强高耐冲击性瓷砖 |
| CN107828188A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-23 | 万丰航空工业有限公司 | 一种用于飞机外壳的碳纤维复合材料的制造方法 |
| CN108484135A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-04 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料 |
| CN110721889A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-24 | 厦门欧势复材科技有限公司 | 一种利用高耐冲击碳纤维制备耐高温涂层的方法 |
| CN112536909A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-23 | 唐玉明 | 一种大尺寸超薄高强度陶瓷大板的制备方法 |
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