CN105802132A - 一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,以重量份计,包括以下组分:碳纤维2‑5份,环氧树脂30‑50份,浮石粉1‑3份,交联剂0.8‑1.5份,固化剂1‑2份,促进剂0.5‑2份。本发明还公开了该复合材料的制备方法。本发明提供的复合材料力学性能优异,耐磨,耐高温性能好,抗冲击能力强,具有一定的抗老化性能,且制备方法简单,工艺条件温和。

Description

一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料及其制备方法
技术领域:
本发明涉及复合材料技术领域,具体的涉及一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
背景技术:
环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。固化后的环氧树脂具有良好的物理和力学性能,环氧树脂具有很强的内聚力,分子结构致密,使其具有优异的力学性能,其含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团,赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力,它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度,介电性能良好,固化收缩率小,制品尺寸稳定性好,硬度高,柔韧性较好,对碱及大部分溶剂稳定,因而广泛应用于国防、国民经济各部门,作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。但是固化后的环氧树脂交联度大,属于脆性材料,当环氧树脂材料收到外力作用时,材料内部引起破坏的裂纹扩展属于脆性扩展,因此大大限制了环氧树脂的应用范围,因此,在保证环氧树脂其他优异性能不变的前提小,对环氧树脂进行增韧改性显得很重要。
碳纤维,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维"外柔内刚",质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。碳纤维/环氧树脂复合材料具有自重小、物理性能、力学性能以及化学性能优异等特点,因此,具有广泛的应用。但是在实际生活中,由于受到热、湿、烟雾等外界环境影响,其容易发生老化。
发明内容:
本发明的目的是提供一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其韧性大,抗冲击性能好,物理和化学性能优异,抗老化性能好,且无毒环保。
本发明的另一个目的是提供该抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,以重量份计,包括以下组分:
碳纤维2-5份,环氧树脂30-50份,
浮石粉1-3份,交联剂0.8-1.5份,
固化剂1-2份,促进剂0.5-2份。
作为上述技术方案的优选,一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,以重量份计,包括以下组分:
碳纤维3.5份,环氧树脂40份,
浮石粉2份,交联剂1.2份,
固化剂2份,促进剂12份。
作为上述技术方案的优选,其特征在于,所述碳纤维的长度为0.8-1μm。
作为上述技术方案的优选,所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
作为上述技术方案的优选,所述浮石粉的粒径大小为20-30nm。
作为上述技术方案的优选,所述交联剂为硅烷偶联剂KH550。
作为上述技术方案的优选,所述固化剂为硅酸钠、聚丙烯酰胺、腰果酚中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选,所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、促进剂CZ、促进剂DZ中的一种或多种混合。
一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,500-800W功率下超声30-50min,继续加入浮石粉、交联剂,超声分散1-2h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散50-60min,然后由旋转蒸发仪在50-60℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入固化剂、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中150-180℃下,固化1-2h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
作为上述技术方案的优选,步骤(2)中,所述超声分散的功率为1000W。
本发明具有以下有益效果:
浮石粉孔隙多、质量轻、强度高、耐酸碱、耐腐蚀,且无污染、无放射性等,是理想的天然、绿色、环保的产品,其表面存在大量的-OH,可以与硅烷偶联剂KH550分子发生反应,同时,也可以与碳纤维表面的活性基团发生反应,此外,硅烷偶联剂具有双官能团,使得其可以与环氧树脂基体反应,从而大大提高浮石粉、碳纤维在环氧树脂中的分散性;
另一方面,该复合材料原料价廉易得,制备工艺简单,条件温和,对设备要求低,制备成本大大降低,且制备过程中无有毒物质释放,对人体和环境无害。
具体实施方式:
为了更好的理解本发明,下面通过实施例对本发明进一步说明,实施例只用于解释本发明,不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
原材料如下:
环氧树脂 碳纤维 浮石粉 KH550 硅酸钠 促进剂
30份 2份 1份 0.8份 1份 0.5份
其制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,500W功率下超声30min,继续加入浮石粉、KH550,超声分散1h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散50min,然后由旋转蒸发仪在50℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入硅酸钠、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中150℃下,固化1h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
实施例2
原材料如下:
环氧树脂 碳纤维 浮石粉 KH550 硅酸钠 促进剂
50份 5份 3份 1.5份 2份 2份
其制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,800W功率下超声50min,继续加入浮石粉、KH550,超声分散2h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散60min,然后由旋转蒸发仪在60℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入硅酸钠、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中180℃下,固化2h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
实施例3
原材料如下:
其制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,600W功率下超声35min,继续加入浮石粉、KH550,超声分散1.2h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散55min,然后由旋转蒸发仪在55℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入聚丙烯酰胺、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中160℃下,固化1.2h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
实施例4
原材料如下:
其制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,700W功率下超声40min,继续加入浮石粉、KH550,超声分散1.4h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散60min,然后由旋转蒸发仪在50℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入聚丙烯酰胺、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中165℃下,固化1.4h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
实施例5
原材料如下:
环氧树脂 碳纤维 浮石粉 KH550 腰果酚 促进剂
45份 4份 2.5份 1.3份 1.6份 1.3份
其制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,600W功率下超声45min,继续加入浮石粉、KH550,超声分散1.6h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散55min,然后由旋转蒸发仪在55℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入腰果酚、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中170℃下,固化1.6h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
实施例6
原材料如下:
环氧树脂 碳纤维 浮石粉 KH550 腰果酚 促进剂
45份 4.5份 3份 1.4份 1.8份 1.8份
其制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,700W功率下超声50min,继续加入浮石粉、KH550,超声分散1.8h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散50min,然后由旋转蒸发仪在60℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入腰果酚、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中170℃下,固化1.8h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
下面对本发明提供的复合材料进行性能测试。
(1)拉伸强度
测定复合材料的拉伸强度时,用万能试验机WSN-5K测定,常规试验速度为2-10mm/min。夹持试样前,在待测试验上用铅笔画出原始标距,然后将试样夹持在试验机的夹具上,注意夹持过程中使试样的中心轴线与上、下夹具对准中心线一致,按规定速度均匀连续加载,直至破坏,最后读取破坏载荷值并量取断后标距,按照GB/T1040.2-2006标准要求。
(2)抗冲击性能
用记忆式冲击试验机JJ-20测定,按照GB/T1843-1996标准进行测试。
测试结果如表1所示:
表1
从表1来看,本发明提供的碳纤维改性环氧树脂复合材料机械性能和力学性能优异,抗老化性能好。

Claims (10)

1.一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,以重量份计,包括以下组分:
碳纤维2-5份,环氧树脂30-50份,
浮石粉1-3份,交联剂0.8-1.5份,
固化剂1-2份,促进剂0.5-2份。
2.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,以重量份计,包括以下组分:
碳纤维3.5份,环氧树脂40份,
浮石粉2份,交联剂1.2份,
固化剂2份,促进剂12份。
3.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,所述碳纤维的长度为0.8-1μm。
4.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
5.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,所述浮石粉的粒径大小为20-30nm。
6.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,所述交联剂为硅烷偶联剂KH550。
7.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,所述固化剂为硅酸钠、聚丙烯酰胺、腰果酚中的一种或多种混合。
8.如权利要求1所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料,其特征在于,所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、促进剂CZ、促进剂DZ中的一种或多种混合。
9.如权利要求1至8任一所述的一种抗老化碳纤维改性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)将碳纤维和乙醇溶液混合搅拌均匀,500-800W功率下超声30-50min,继续加入浮石粉、交联剂,超声分散1-2h,得到混合分散液;
(2)向步骤(1)得到的混合分散液中加入环氧树脂,超声分散50-60min,然后由旋转蒸发仪在50-60℃下除去溶剂,溶剂蒸发完成后,加入固化剂、促进剂,搅拌混合均匀,然后将混合物放入真空干燥箱中真空除气,得到混合液;
(3)将步骤(2)得到的混合液加入到不锈钢模具中,放入平板硫化机中150-180℃下,固化1-2h,得到抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料。
10.如权利要求9所述的一种抗老化碳纤维改性环氧树脂复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述超声分散的功率为1000W。
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