CN105400133A - 有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，先利用有机改性剂改处理纳米粒子，使其表面产生氨基基团，并将其与被增强树脂体系中低粘度树脂组分机械搅拌、超声分散均匀，形成纳米增强剂母料。将纳米增强剂按一定比例加入树脂体系，并与碳纤维复配制备复合材料。本发明在充分利用了纳米粒子刚性的同时，发挥其纳米效应，不仅有效提高该树脂体系复合材料的压缩强度，同时使体系具有优异的抗冲击性能，可以应用于对复合材料抗冲击性能有极高要求的航空市场。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法。
背景技术
先进复合材料自问世以来，由于其质轻、高强、耐疲劳、耐腐蚀等诸多优势，已经广泛地应用于航空航天等工业领域及建筑、汽车和体育设备等民用领域。尤其是近10年在大飞机上的井喷式应用，先进复合材料已经证明了其在未来航空领域的重要地位，它在飞机上的用量及应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。但是随着先进复合材料在航空领域上从受力较小的部件到主承力结构件的应用范围拓展，固然对复合材料性能提出了新的要求。
研究表明，对复合材料层压式结构威胁最大的是冲击损伤，为了将高性能复合材料应用于主承力结构，必须改善复合材料诸如压缩强度、韧性和抗分层能力等方面性能，而冲击后压缩性能是表征其抗冲击损伤的重要标志。因此进一步提高树脂基复合材料的性能尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法解决现有技术中存在的应当改善复合材料诸如压缩强度、韧性和抗分层能力等方面性能的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，先利用有机改性剂处理纳米粒子，使其表面产生少量氨基官能团，并将其与被增强树脂体系中的低粘度树脂组分进行机械搅拌及超声分散至均匀，形成纳米增强剂母料；将纳米增强剂母料按一定比例加入树脂体系，使纳米粒子占整个树脂体系的质量百分比为0.1％～10％，并将添加纳米增强剂母料的树脂体系与碳纤维复配，制备得到碳纤维树脂基复合材料。
进一步地，有机改性剂采用十六烷基三甲基溴化铵、双十六烷二甲基溴化铵、3-十六烷基溴化铵、硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。
进一步地，纳米粒子采用为纳米蒙脱土、纳米多壁碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙中的一种或几种的混合物。
进一步地，利用有机改性剂处理纳米粒子以反应温度为60℃～90℃、反应时间为1h～8h在去离子水中进行。
进一步地，纳米增强剂母料中纳米粒子含量为3％～20％。
进一步地，树脂体系成分包括环氧树脂组分、热塑性增韧剂组分、固化剂组分，树脂体系中按重量百分比计，环氧树脂组分占40％～90％，热塑性增韧剂组分占10％～50％，固化剂组分占10％～50％。
进一步地，树脂体系中环氧树脂组分包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、线型酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛型环氧树脂、脂环族环氧树脂、多官能团环氧树脂中的一种或多种的混合物。
进一步地，树脂体系中热塑性增韧剂组分可以为聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯醚、改性聚芳醚砜、聚酰胺中的一种或多种的混合物。
进一步地，脂体系中固化剂组分包含胺类、酸酐类、金属盐类、咪唑类、线性树脂低聚物类和它们的衍生物中的一种或多种的混合物。
与添加纳米增强剂母料的树脂体系复配的碳纤维可以为相当于东丽T300、T400、T700、T800、T1000等高强或M40、M60等高模级别的所有纤维。
本发明的有益效果是：该种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，纳米粒子的加入在基本不改变树脂粘度、凝胶时间、热性能等相关性能，有效提升碳纤维树脂基复合材料的热性能及力学性能。本发明在充分利用了纳米粒子刚性的同时，发挥其纳米效应，不仅有效提高该树脂体系复合材料的压缩强度，同时使体系具有优异的抗冲击性能，可以应用于对复合材料抗冲击性能有极高要求的航空市场。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，先利用有机改性剂处理纳米粒子，使其表面产生少量氨基官能团，并将其与被增强树脂体系中的低粘度树脂组分进行机械搅拌及超声分散至均匀，形成纳米增强剂母料；将纳米增强剂母料按一定比例加入树脂体系，使纳米粒子占整个树脂体系的质量百分比为0.1％～10％，并将添加纳米增强剂母料的树脂体系与碳纤维复配，制备得到碳纤维树脂基复合材料。
有机改性剂采用十六烷基三甲基溴化铵、双十六烷二甲基溴化铵、3-十六烷基溴化铵、硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。纳米粒子采用为纳米蒙脱土、纳米多壁碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙中的一种或几种的混合物。
利用有机改性剂处理纳米粒子以反应温度为60℃～90℃、反应时间为1h～8h在去离子水中进行。纳米增强剂母料中纳米粒子含量为3％～20％。与添加纳米增强剂母料的树脂体系复配的碳纤维可以为相当于东丽T300、T400、T700、T800、T1000等高强或M40、M60等高模级别的所有纤维。
具体示例如下：
第一步：利用氨乙基三乙氧基硅烷硅烷偶联剂与多壁碳纳米管以5:95的质量比加入乙醇与水质量比为95:5的混合液中，机械搅拌并在80℃水浴中反应4h。完成后烘干研磨备用。
第二步：将改性后得多壁碳纳米管加入三官能环氧树脂中，并进行机械搅拌、超声分散2h，制备纳米增强剂母料，母料中多壁碳纳米管含量为15％。
第三步：将纳米增强剂母料加入树脂体系中，使多壁碳纳米管占整个树脂体系的质量比为2％。树脂体系中，三官能环氧树脂质量分数为55％，聚醚砜树脂质量分数为20％，二氨基二苯砜质量分数为25％。增强剂母料与树脂体系在80℃共混温度下混合均匀。
第四步：按照相应工艺与T800级碳纤维生产单向预浸料。树脂含量33％，纤维面密度133gsm，
第五步：按照ASTM标准铺贴0°压缩、层间剪切、面内剪切、冲击后压缩(CAI)、开孔压缩、DMA试样板材，并进行热压罐固化后，得到碳纤维树脂基复合材料。
其中，热压罐固化具体如下：
①全程抽真空；
②缓慢施加至6bar的压力，2℃/min升温到180℃。保温保压150min。
③以2℃/min降温至50℃以下泄压开炉。
有机改性纳米粒子添加前后树脂性能对比见表1。
表1有机改性纳米粒子添加前后树脂体系性能对比
有机改性纳米粒子添加前后层压板性能对比见表2。
表2有机改性纳米粒子添加前后层压板性能对比
| 检验项目 | 单位 | 未添加 | 添加2％ | 性能提升百分比 |
| 0°压缩强度 | MPa | 1421 | 1694 | 19.2％ |
| 面内剪切强度 | MPa | 127 | 155 | 22.0％ |
| 层间剪切强度 | MPa | 93 | 112 | 20.4％ |
| 开孔压缩强度 | MPa | 320 | 375 | 17.2％ |
| CAI | MPa | 305 | 345 | 13.1％ |
从表1、表2中数据可以看出，有机改性多壁碳纳米管的加入在基本不改变树脂粘度、凝胶时间、热性能等相关性能，有效提升碳纤维树脂基复合材料的热性能及力学性能。
Claims (9)
1.一种有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于，先利用有机改性剂处理纳米粒子，使其表面产生氨基官能团，并将其与被增强树脂体系中的低粘度树脂组分进行机械搅拌及超声分散至均匀，形成纳米增强剂母料；将纳米增强剂母料按一定比例加入树脂体系，使纳米粒子占整个树脂体系的质量百分比为0.1％～10％，并将添加纳米增强剂母料的树脂体系与碳纤维复配，制备得到碳纤维树脂基复合材料。
2.如权利要求1所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：有机改性剂采用十六烷基三甲基溴化铵、双十六烷二甲基溴化铵、3-十六烷基溴化铵、硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求2所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：纳米粒子采用为纳米蒙脱土、多壁碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：利用有机改性剂处理纳米粒子以反应温度为60℃～90℃、反应时间为1h～8h在去离子水中进行。
5.如权利要求4所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：纳米增强剂母料中纳米粒子含量为3％～20％。
6.如权利要求5所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：树脂体系成分包括环氧树脂组分、热塑性增韧剂组分、固化剂组分，树脂体系中按重量百分比计，环氧树脂组分占40％～90％，热塑性增韧剂组分占10％～50％，固化剂组分占10％～50％。
7.如权利要求6所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：树脂体系中环氧树脂组分包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、线型酚醛型环氧树脂、邻甲酚醛型环氧树脂、脂环族环氧树脂、多官能团环氧树脂中的一种或多种的混合物。
8.如权利要求6所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：树脂体系中热塑性增韧剂组分可以为聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯醚、改性聚芳醚砜、聚酰胺中的一种或多种的混合物。
9.如权利要求6所述的有机改性纳米粒子增强碳纤维树脂基复合材料的方法，其特征在于：脂体系中固化剂组分包含胺类、酸酐类、金属盐类、咪唑类、线性树脂低聚物类和它们的衍生物中的一种或多种的混合物。
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106985944A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-28 | 成都步共享科技有限公司 | 一种碳纤维共享自行车 |
| CN107011627A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-08-04 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种高强度聚醚醚酮树脂复合材料及其制备方法 |
| CN107793654A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-13 | 泰州浩普塑胶有限公司 | 一种纳米增强的环保型as‑gf复合材料及其制备方法 |
| CN108794979A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-11-13 | 航天材料及工艺研究所 | 一种高压缩强度和高压拉比碳纤维复合材料及其制备方法 |
| CN109796725A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-24 | 南京航空航天大学 | 一种碳纤维表面化学接枝纳米SiO2增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 |
| CN109895469A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-18 | 江苏恒神股份有限公司 | 一种优化环氧碳纤维复合材料体系界面性能的方法 |
| CN110054914A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-26 | 常州大学 | 一种疏水性高耐磨白炭黑的制备方法 |
| CN110615914A (zh) * | 2019-11-01 | 2019-12-27 | 万华化学（宁波）有限公司 | 季铵盐改性碳纳米管、制备方法和一种低密度、低翘曲的软触感聚丙烯改性材料及制备方法 |
| CN111073222A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-28 | 江苏理工学院 | 一种氧化石墨烯/碳纳米管增强的玻璃纤维层合板制备方法 |
| CN111113946A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 江苏理工学院 | 一种混杂复合材料层合板及其制备工艺 |
| CN112143373A (zh) * | 2020-10-20 | 2020-12-29 | 安徽晟然绝缘材料有限公司 | 一种自润滑高韧性漆包线漆及其制备方法 |
| CN113527839A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-22 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种高模量纳米杂化树脂及其制备方法 |
| CN114292490A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-08 | 深圳市爱康运动用品有限公司 | 一种连续纤维增强热塑性复合材料及其制备方法与应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102532951A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-07-04 | 华东理工大学 | 一种改性硅灰石增韧环氧树脂的方法 |
| CN102936397A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-02-20 | 山东大学 | 一种纳米填料改性环氧树脂 |
| CN103172882A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-06-26 | 太原理工大学 | 一种协同增强增韧环氧树脂复合材料的制备方法 |
-
2015
- 2015-10-30 CN CN201510728298.2A patent/CN105400133A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102532951A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-07-04 | 华东理工大学 | 一种改性硅灰石增韧环氧树脂的方法 |
| CN102936397A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-02-20 | 山东大学 | 一种纳米填料改性环氧树脂 |
| CN103172882A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-06-26 | 太原理工大学 | 一种协同增强增韧环氧树脂复合材料的制备方法 |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106985944A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-28 | 成都步共享科技有限公司 | 一种碳纤维共享自行车 |
| CN107011627A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-08-04 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种高强度聚醚醚酮树脂复合材料及其制备方法 |
| CN107793654A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-13 | 泰州浩普塑胶有限公司 | 一种纳米增强的环保型as‑gf复合材料及其制备方法 |
| CN108794979B (zh) * | 2018-03-29 | 2021-02-05 | 航天材料及工艺研究所 | 一种高压缩强度和高压拉比碳纤维复合材料及其制备方法 |
| CN108794979A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-11-13 | 航天材料及工艺研究所 | 一种高压缩强度和高压拉比碳纤维复合材料及其制备方法 |
| CN109796725A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-24 | 南京航空航天大学 | 一种碳纤维表面化学接枝纳米SiO2增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 |
| CN109895469A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-18 | 江苏恒神股份有限公司 | 一种优化环氧碳纤维复合材料体系界面性能的方法 |
| CN110054914A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-26 | 常州大学 | 一种疏水性高耐磨白炭黑的制备方法 |
| CN110615914B (zh) * | 2019-11-01 | 2021-07-23 | 万华化学（宁波）有限公司 | 季铵盐改性碳纳米管、制备方法和一种低密度、低翘曲的软触感聚丙烯改性材料及制备方法 |
| CN110615914A (zh) * | 2019-11-01 | 2019-12-27 | 万华化学（宁波）有限公司 | 季铵盐改性碳纳米管、制备方法和一种低密度、低翘曲的软触感聚丙烯改性材料及制备方法 |
| CN111113946A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 江苏理工学院 | 一种混杂复合材料层合板及其制备工艺 |
| CN111073222A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-28 | 江苏理工学院 | 一种氧化石墨烯/碳纳米管增强的玻璃纤维层合板制备方法 |
| CN112143373A (zh) * | 2020-10-20 | 2020-12-29 | 安徽晟然绝缘材料有限公司 | 一种自润滑高韧性漆包线漆及其制备方法 |
| CN113527839A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-22 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种高模量纳米杂化树脂及其制备方法 |
| CN114292490A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-08 | 深圳市爱康运动用品有限公司 | 一种连续纤维增强热塑性复合材料及其制备方法与应用 |
| CN114292490B (zh) * | 2022-01-06 | 2023-11-28 | 深圳市爱康运动用品有限公司 | 一种连续纤维增强热塑性复合材料及其制备方法与应用 |
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