CN105504750B - 一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，主要步骤概括如下：将碳纤维布和聚碳酸酯薄膜交替层叠在一起，然后加热、加压使树脂浸入增强材料中，该方法设备投入少，操作简单，且聚碳酸酯薄膜的使用可以保证树脂分布的均匀性，使树脂均匀分布在纤维中，浸润性好。同时公开了一种通过以上方法制得的连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料，具有强度高、韧性高、可二次成型、损伤后易修复的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料制造技术，具体涉及一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯是一种用途极为广泛的工程塑料，综合性能优良，具有突出的抗冲击性、尺寸稳定性、耐候性、无毒性等优点，能在较高的温度范围内保持较高的力学强度，广泛应用于汽车、电子电器、家电材料等领域。但聚碳酸酯也存在一些缺点，如加工流动性差、易于应力开裂、对缺口比较敏感及耐磨性欠佳等。为了改善这些缺点，拓宽聚碳酸酯的应用范围，近几年在着力开发玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维等纤维增强聚碳酸酯复合材料。
与其他纤维相比，碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，被广泛地应用于制备先进复合材料。如中国专利CN104419178A采用碳纤维来制备增强型聚碳酸酯复合材料，并采用了碳纤维表面氧化处理及添加其他助剂以改善增强效果。但目前的碳纤维增强聚碳酸酯复合材料中所用的碳纤维多为短纤，它们对复合材料力学性能的提升作用十分有限，跟一般的填料增强效果类似，因此其制品的应用受到了力学性能的限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：
一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在裁剪好的纤维布表面喷涂偶联剂，在温度100℃~120℃的烘箱中干燥8h~12h；
2）裁剪聚碳酸酯薄膜，使其长宽分别比碳纤维布长宽小2cm~4cm，在温度80℃~100℃的烘箱中干燥8h~12h；
3）将步骤1中得到的碳纤维布和步骤2中得到的聚碳酸酯薄膜以一层聚碳酸酯薄膜一层碳纤维布的顺序交替层叠，其中，最上层和最底层均为聚碳酸酯薄膜；
4）将步骤3中得到的聚碳酸酯薄膜和碳纤维布的叠层平铺于两层钢板之间，置于平板热压机中，以小于10℃/min的速度升温至220℃~260℃，同时加压至3MPa~6MPa，保压20min~40min，最后冷却，待温度降至80℃以下后卸压，制得连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料。
作为优选，所述聚碳酸酯薄膜厚度在0.02mm~0.2mm之间；
作为优选，所述碳纤维布的克重在50 g/m2~300 g/m2之间。
作为优选，所述碳纤维布的k数在1k~3k之间；碳纤维布的形式包括平纹布、斜纹布或缎纹布。
作为优选，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-（2，3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷（KH560）中的一种。
作为优选，步骤4中的钢板表面涂有脱模剂，以雾状喷涂或用无纺布涂覆于钢板表面。
一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料，采用如上所述的一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法制备而成。
本发明采用连续碳纤维，所涉及的制备方法为层叠法，即是将纤维增强层和聚碳酸酯薄膜交替层叠在一起，然后加热、加压使树脂浸入增强材料中，该方法设备投入少，操作简单，且聚碳酸酯薄膜的使用可以保证树脂分布的均匀性，使树脂均匀分布在纤维中，浸润性好。本发明制备的复合材料，由于增强体和聚碳酸酯薄膜的比例和铺放顺序可自由控制，因此复合材料的纤维含量和厚度可在较大范围内进行调控，并可针对性地形成局部富树脂区，这就使复合材料的性能可根据应用需求而设计调整。本发明制备的复合材料，具有强度高、韧性高、可二次成型、可回收利用、损伤后易修复、综合性能优良等优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法的具体参数及操作采用下述设置：
1）将克重为220g/m2的3k斜纹碳纤维布裁剪成600mm*500mm尺寸，共4张，在纤维布表面喷涂偶联剂KH550，在温度120℃的烘箱中干燥12h；
2）将厚度为0.15mm的聚碳酸酯薄膜裁剪成580mm*480mm尺寸，共5张，在温度100℃的烘箱中干燥12h；
3）将上述聚碳酸酯薄膜与碳纤维布以A层/B层/A层…B层/A层的顺序层叠，其中A层为聚碳酸酯薄膜，B层为碳纤维布；
4）将上述叠层平铺于两层涂有脱模剂的钢板之间，置于平板热压机中，以5℃/min的速度升温至220℃，同时加压至3MPa，保压20min，最后冷却，待温度降至80℃时卸压，制得聚碳酸酯增强碳纤维复合材料。
采用上述设置得到的连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料，其纤维含量为49%，弯曲强度为700MPa，弯曲模量为40Gpa，拉伸强度为415MPa，拉伸模量为31Gpa。
实施例2：
1）将克重为220g/m2的3k斜纹碳纤维布裁剪成600mm*500mm尺寸，共6张，在纤维布表面喷涂偶联剂KH550，在温度120℃的烘箱中干燥12h；
2）将厚度为0.075mm的聚碳酸酯薄膜裁剪成580mm*480mm尺寸，共7张，在温度100℃的烘箱中干燥12h；
3）将上述聚碳酸酯薄膜与碳纤维布以A层/B层/A层…B层/A层的顺序层叠，其中A层为聚碳酸酯薄膜，B层为碳纤维布；
4）将上述叠层平铺于两层涂有脱模剂的钢板之间，置于平板热压机中，以5℃/min的速度升温至220℃，同时加压至4MPa，保压30min，最后冷却，待温度降至80℃时卸压，制得聚碳酸酯增强碳纤维复合材料。
采用上述设置得到的连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料，其纤维含量为68%，弯曲强度为812MPa，弯曲模量为57Gpa，拉伸强度为652MPa，拉伸模量为39Gpa。
需要强调的是，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在裁剪好的碳纤维布表面喷涂偶联剂，在温度100℃～120℃的烘箱中干燥8h～12h；
2)裁剪聚碳酸酯薄膜，使其长宽分别比碳纤维布长宽小2cm～4cm，在温度80℃～100℃的烘箱中干燥8h～12h；
3)将步骤1)中得到的碳纤维布和步骤2)中得到的聚碳酸酯薄膜以一层聚碳酸酯薄膜一层碳纤维布的顺序交替层叠，其中，最上层和最底层均为聚碳酸酯薄膜；
4)将步骤3)中得到的聚碳酸酯薄膜和碳纤维布的叠层平铺于两层钢板之间，置于平板热压机中，以小于10℃/min的速度升温至220℃～260℃，同时加压至3MPa～6MPa，保压20min～40min，最后冷却，待温度降至80℃以下后卸压，制得连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料；
其中，所述聚碳酸酯薄膜厚度在0.02mm～0.2mm之间；所述碳纤维布的克重在50g/m2～300g/m2之间。
2.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维布的k数在1k～3k之间；碳纤维布的形式包括平纹布、斜纹布或缎纹布。
3.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中的钢板表面涂有脱模剂，以雾状喷涂或用无纺布涂覆于钢板表面。
5.一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于，采用如权利要求1～权利要求4任意一项所述的一种连续碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备方法制备而成。
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