CN106046682A - 一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法 - Google Patents

一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法，其特征在于：环氧树脂基纤维复合材料以环氧树脂为基体，以连续纤维平纹布为增强纤维；通过向环氧树脂基纤维复合材料的环氧树脂基体中均匀分散埃洛石/炭纳米复合材料，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基纤维复合材料，以改善环氧树脂和纤维之间的界面结合，提高环氧树脂基纤维复合材料的性能。本发明以埃洛石/炭纳米复合材料为添加剂，埃洛石与炭层可以实现更好的协同作用，在基体与基体、基体与纤维增强体之间起到更好的传递应力和构建导热网络的作用，增强纤维和树脂之间的界面结合，使得环氧树脂基纤维复合材料具有较好的弯曲性能以及导热性能。

Description

一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法
技术领域
本发明涉及一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法。
背景技术
随着科技发展以及工业进步，电子电器及电子设备元器件对于材料的薄壁、轻量化、小型化的要求越来越高，因此对材料的强度以及散热性也提出了更高的要求。环氧树脂基纤维复合材料由于其比强度、比模量高，耐腐蚀以及可设计性强等特点，正越来越多的取代金属材料在各种行业中飞速发展。该类复合材料通常是由增强纤维以及环氧树脂基体构成，增强纤维可以为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维或者芳纶纤维中的一种或多种混杂而成，用来增强环氧树脂基体；复合材料的性能取决于纤维性能、树脂的性能以及纤维和树脂之间的界面。
为提高环氧树脂基纤维复合材料的力学性能，通常是对环氧树脂基体进行改性，来改善纤维树脂的结合界面。其中，在树脂基体中加入无机粘土矿物，如插层蒙脱石、埃洛石、凹凸棒石粘土等改性环氧树脂应用的较为广泛。但是，这类无机硅酸盐矿物通常具有较低的导热、导电性，此类填料作为改性剂改性复合材料，无法赋予复合材料一定的功能特性。研究比较多的也包括在环氧树脂基体中加入一些碳基材料如碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等，由于碳基材料自身独特的结构特性，因此具有优异的机械性能、导电以及导热性能，但这类填料最大的问题是价格昂贵，不利于压缩成本、实现规模化生产。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法，旨在以埃洛石/炭纳米复合材料作为添加剂，实现廉价的硅酸盐粘土埃洛石和碳基材料在纳米尺度上原位复合，添加到环氧树脂基纤维复合材料中，改善纤维和树脂之间的界面结合，制备多尺度的埃洛石/炭改性环氧树脂基纤维复合材料，提高复合材料的弯曲力学性能和导热性能。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法，其特点在于：所述环氧树脂基纤维复合材料以环氧树脂为基体，以连续纤维平纹布为增强纤维；通过向环氧树脂基纤维复合材料的环氧树脂基体中均匀分散埃洛石/炭纳米复合材料，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基纤维复合材料，以改善环氧树脂和纤维之间的界面结合，提高环氧树脂基纤维复合材料的性能。
其中，所述连续纤维平纹布为连续玄武岩纤维平纹布、连续碳纤维平纹布或连续玻璃纤维平纹布。
本发明首先研究了在环氧树脂基体中添加凹凸棒石/炭纳米复合材料，实验表明凹凸棒石/炭复合材料中和了上述粘土和碳基材料两者的优势，既增强了复合材料的弯曲性能以及导热性能，也大大降低了成本，但增强效果不够理想，仍有很大的提升空间。此外，本发明还研究了在环氧树脂基体中添加海泡石/炭纳米复合材料，效果与凹凸棒石类似。
本发明经过多次试验发现埃洛石相对于凹凸棒石、海泡石粘土具有更好的增强效果，经分析，其主要原因在于：
1、埃洛石粘土本身独特的管状结构和良好的机械性能，与双链状的凹凸棒石粘土和纤维状的海泡石粘土相比，在复合材料中可以起到更好的传递应力和桥接作用，增强复合材料的弯曲性能。
2、埃洛石/炭纳米复合材料的TEM如图1所示，可见埃洛石表面负有一定厚度光滑的炭层，使埃洛石与表面炭可以起到很好的协同作用，提高其在环氧树脂基体中的分散度，并形成良好的网络结构，且炭层也具有一定的机械强度，进一步提升复合材料的机械强度；凹凸棒石/炭纳米复合材料的SEM如图2所示，可以看出凹凸棒石表面负载的是炭颗粒，并未形成有效的炭层，导致凹凸棒石与表面炭的协同作用较差，在树脂中的分散度性差，且其自身的机械强度也较低，从而影响了材料的弯曲性能和导热性能；海泡石/炭纳米复合材料的SEM如图3所示，可以看出海泡石表面负载的也为炭颗粒，同理，其增强效果亦不如埃洛石/炭。所以向环氧树脂中加入埃洛石/炭纳米复合材料可替代高价昂贵的碳基材料及原有的凹凸棒石/炭纳米复合材料，达到更好效果。
本发明提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法，其特点也在于包括如下步骤：
(1)将埃洛石粘土与生物质炭源按质量比1:0.5～2均匀分散于水中，搅拌1～2h，得到混合料；向所述混合料中加入占所述混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10～15min，然后转移至水热反应釜中，在180℃～220℃下反应12～48h，自然冷却至常温后用去离子水和乙醇交替洗涤所得产物至pH＝7，最后干燥、研磨，获得埃洛石/炭纳米复合材料；
(2)以步骤(1)所得埃洛石/炭纳米复合材料作为添加剂，超声分散在有机溶剂中，然后加入到环氧树脂中，搅拌均匀后置于真空干燥箱中，抽真空除去有机溶剂；再加入固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷，搅拌均匀后再置于真空干燥箱中抽真空，除去剩余有机溶剂和气泡，获得涂覆料；
(3)将步骤(2)所得涂覆料均匀涂覆在连续纤维平纹布上，然后置于烘箱中预固化，再置于真空干燥箱中抽真空处理1h，取出晾干获得预浸料；
(4)将预浸料裁剪后堆叠，置于平板硫化机上的模具中，模压工艺成型固化，即获得埃洛石/炭改性环氧树脂基纤维复合材料。
优选的，所述生物质炭源为纤维素、葡萄糖和果糖中的至少一种。
优选的，步骤(2)中所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为100:27；所述埃洛石/炭纳米复合材料的用量占埃洛石/炭纳米复合材料、环氧树脂与固化剂总质量的1～4wt％。
优选的，步骤(2)中所述的有机溶剂为丙酮，其用量与埃洛石/炭纳米复合材料的添加量有关，目的是溶解，不参与反应。
优选的，步骤(3)中将涂覆料涂敷到连续纤维平纹布上的操作温度为60～70℃；步骤(3)中所述的预固化是在60～70℃加热1h。
优选的，步骤(4)中模压工艺成型固化的方法是：排气后首先升温至80℃，加压至1～3MPa固化2h；然后再升温至160℃，固化4h；保持压力不变，降至室温；最后撤掉压力，脱模、取样。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明以生物质糖类为炭源、以一维纳米层状硅酸盐粘土埃洛石矿物为模板，水热法使得生物质炭源于埃洛石的表面炭化并包裹在埃洛石表面，制备出埃洛石/炭纳米复合材料；将此纳米复合材料均匀分散在环氧树脂基纤维复合材料的环氧树脂基体中，由于埃洛石/炭自身为二元复合，既保留了埃洛石矿物自身特有的力学性能，同时兼具炭材料具有的功能特性如导热性能的优点，在树脂基体中实现均匀分散，可起到在基体和纤维增强体之间传递应力和构建导热网络的作用；增强了纤维和树脂之间的界面结合，使得制备的环氧树脂基纤维复合材料具有较好的弯曲性能以及一定的导热性能；此外，埃洛石/炭纳米复合材料为水热制备，相比碳纳米管、石墨烯等碳材料添加剂的制备方法具有制备方法简单、原料易得及成本较低的优势。
附图说明
图1为埃洛石/炭(以纤维素为炭源)纳米复合材料的TEM图。
图2为凹凸棒石/炭(以纤维素为炭源)纳米复合材料的SEM图。
图3为海泡石/炭(以纤维素为炭源)纳米复合材料的SEM图。
具体实施方式
对比例1
环氧树脂基玄武岩纤维复合材料的制备：
(1)称量环氧树脂E-51共14.0g，置于烘箱中70℃加热；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.8g加入到环氧树脂中，真空干燥箱中抽真空，除去气泡，得到涂覆料。
(2)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(1)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维平纹布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干获得预浸料；
(3)将预浸料裁剪并堆叠后置于自制的模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制备环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
经测试，本实施例样品的弯曲强度为308MPa，弯曲模量为11GPa；复合材料的导热系数为0.17w.k-1.m-1。
对比例2
环氧树脂基碳纤维复合材料的制备：
(1)称量环氧树脂E-51共14.8g，置于烘箱中70℃加热；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷4.0g加入到环氧树脂中，真空干燥箱中抽真空，除去气泡，得到涂覆料。
(2)裁剪并称取连续碳纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(1)中的涂覆料涂敷在连续碳纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干获得预浸料。
(3)将预浸料裁剪并堆叠后置于自制的模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制备环氧树脂/碳纤维复合材料，整个固化过程施加压力为2MPa。制备的复合材料中碳纤维平纹布体积为复合材料体积的40％。。
经测试，本实施例样品的弯曲强度为543MPa，弯曲模量为34GPa；复合材料的导热系数为0.26w.k-1.m-1。
对比例3
环氧树脂基玻璃纤维复合材料的制备：
(1)称量环氧树脂E-51共28.9g，置于烘箱中70℃加热；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷7.8g加入到环氧树脂中，真空干燥箱中抽真空，除去气泡，得到涂覆料。
(2)裁剪并称取连续玻璃纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(1)中的涂覆料涂敷在连续玻璃纤维平纹布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干获得预浸料。
(3)将预浸料裁剪并堆叠后置于自制的模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制备环氧树脂基玻璃纤维复合材料，整个固化过程施加压力为3MPa。制备的复合材料中玻璃纤维平纹布体积为复合材料体积的20％。
经测试，本实施例样品的弯曲强度为269MPa，弯曲模量为11GPa；复合材料的导热系数为0.13w.k-1.m-1。
对比例4
(1)称取过筛后的凹凸棒石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，180℃下反应12h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得凹凸棒石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为3wt％(占凹凸棒石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的凹凸棒石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得凹凸棒石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为341MPa，弯曲模量为13GPa；复合材料的导热系数为0.31w.k-1.m-1。
对比例5
(1)称取过筛后的凹凸棒石2.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，180℃下反应12h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得凹凸棒石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为2wt％(占凹凸棒石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的凹凸棒石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得凹凸棒石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为311MPa，弯曲模量为12GPa；复合材料的导热系数为0.27w.k-1.m-1。
对比例6
(1)称取过筛后的凹凸棒石2.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素4g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，180℃下反应12h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得凹凸棒石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为2wt％(占粘土/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的凹凸棒石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得凹凸棒石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为324MPa，弯曲模量为11GPa；复合材料的导热系数为0.24w.k-1.m-1。
对比例7
(1)称取过筛后的海泡石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应48h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得海泡石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为4wt％(占海泡石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的海泡石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得海泡石/炭改性的环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为315MPa，弯曲模量为13GPa；复合材料的导热系数为0.46w.k-1.m-1。
对比例8
(1)称取过筛后的凹凸棒石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，再转移到100mL的水热反应釜中，180℃下反应12h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得凹凸棒石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为1wt％(占凹凸棒石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的凹凸棒石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得凹凸棒石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为326MPa，弯曲模量为13GPa；复合材料的导热系数为0.22w.k-1.m-1。
实施例1
(1)称取过筛后的埃洛石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为3wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性的环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
经测试，本实施例样品的弯曲强度为366MPa，弯曲模量为13GPa；复合材料的导热系数为0.38w.k-1.m-1。可以看出相对不含添加剂的样品(对比例1)，本实施例样品的弯曲强度提高18.7％，弯曲模量提高20.1％，复合材料的导热系数提高123.5％。相对于添加剂为凹凸棒石/炭的样品(对比例4)，本实施例样品的弯曲强度提高7.4％，弯曲模量提高3.8％，复合材料的导热系数提高24.2％。
实施例2
(1)称取过筛后的埃洛石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共14.85g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为3wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷4.01g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续碳纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续碳纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基碳纤维复合材料，整个固化过程施加压力为2MPa。制备的复合材料中碳纤维平纹布体积为复合材料体积的40％。
本实施例样品的弯曲强度为563MPa，弯曲模量为35GPa；复合材料的导热系数为0.46w.k-1.m-1。相对于不含添加剂的样品(对比例2)，本实施例样品的弯曲强度提高3.7％，弯曲模量提高2.3％，复合材料的导热系数提高76.9％。
实施例3
(1)称取过筛后的埃洛石4.0g置于烧杯中并加入研磨的果糖2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应12h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共14.85g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为3wt％(占粘土/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷4.01g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续碳纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续碳纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基碳纤维复合材料，整个固化过程施加压力为2MPa。制备的复合材料中碳纤维平纹布体积为复合材料体积的40％。
本实施例样品的弯曲强度为606MPa，弯曲模量为38GPa；复合材料的导热系数为0.59w.k-1.m-1。相对于不含添加剂的样品(对比例2)，本实施例样品的弯曲强度提高11.6％，弯曲模量提高12.9％，复合材料的导热系数提高126.9％。
实施例4
(1)称取过筛后的埃洛石2.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干后研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共28.93g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为2wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷7.81g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玻璃纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玻璃纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基玻璃纤维复合材料，整个固化过程施加压力为3MPa。制备的复合材料中玻璃纤维平纹布体积为复合材料体积的20％。
本实施例样品的弯曲强度为274MPa，弯曲模量为11GPa；复合材料的导热系数为0.31w.k-1.m-1。相对于不含添加剂的样品(对比例3)，本实施例样品的弯曲强度提高2.2％，弯曲模量提高没有提高，复合材料的导热系数提高138.5％。
实施例5
(1)称取过筛后的埃洛石2.0g置于烧杯中并加入研磨的葡萄糖2.0g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应12h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共28.93g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为2wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷7.81g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玻璃纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玻璃纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基玻璃纤维复合材料，整个固化过程施加压力为3MPa。制备的复合材料中玻璃纤维平纹布体积为复合材料体积的20％。
本实施例样品的弯曲强度为307MPa，弯曲模量为11GPa；复合材料的导热系数为0.21w.k-1.m-1。相对于不含添加剂的样品(对比例3)，本实施例样品的弯曲强度提高14.4％，弯曲模量提高0.8％，复合材料的导热系数提高61.5％。
实施例6
(1)称取过筛后的埃洛石2.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为2wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为345MPa，弯曲模量为11GPa；复合材料的导热系数为0.46w.k-1.m-1。相对于添加剂为凹凸棒石/炭的样品(对比例5)，本实施例样品的弯曲强度提高10.8％，弯曲模量没有提高，复合材料的导热系数提高70.4％。
实施例7
(1)称取过筛后的埃洛石2.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素4g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为2wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性的环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为332MPa，弯曲模量为13GPa；复合材料的导热系数为0.41w.k-1.m-1。相对于添加剂为凹凸棒石/炭的样品(对比例6)，本实施例样品的弯曲强度提高2.8％，弯曲模量提高11.1％，复合材料的导热系数提高74.3％。
实施例8
(1)称取过筛后的埃洛石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为4wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为335MPa，弯曲模量为12GPa；复合材料的导热系数为0.48w.k-1.m-1。相对于添加剂为海泡石/炭的样品(对比例7)，本实施例样品的弯曲强度提高6.5％，弯曲模量提高没有提高，复合材料的导热系数提高4.3％。
实施例9
(1)称取过筛后的埃洛石4.0g置于烧杯中并加入研磨的微晶纤维素2g，加入80mL的去离子水后磁力搅拌1h，得到混合料；向混合料中加入占混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10min，然后转移到100mL的水热反应釜中，220℃下反应24h；冷却后取出产物并用去离子水和乙醇交替洗涤至pH＝7，烘干、研磨，制得埃洛石/炭纳米复合材料。
(2)称量环氧树脂E-51共13.87g，置于烘箱中70℃加热；将添加比例为1wt％(占埃洛石/炭纳米复合材料与环氧树脂、固化剂质量总和的比例)的埃洛石/炭纳米复合材料分散于10mL丙酮中，再加入到环氧树脂基体中，搅拌24h后置于真空干燥箱中抽真空除去丙酮；称取固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷3.75g加入到环氧树脂中，再次置于真空干燥箱中抽真空，除去多余丙酮和气泡，得到涂覆料。
(3)裁剪并称取连续玄武岩纤维平纹布，平铺在特氟龙布上，将步骤(2)中的涂覆料涂敷在连续玄武岩纤维布上，并用刮板刮平，使其均匀涂覆。将涂敷好的纤维布置于烘箱中60℃加热1h，再置于真空干燥箱中继续抽真空处理1h后，取出晾干制备预浸料。
(4)将预浸料裁剪并堆叠后置于模具中，排气三次后，升温至80℃，待凝胶结束后加全压并保温2h；随后升温至160℃并保温4h；然后保持压力不变，程序降温至室温；最后撤掉压力，脱模、取样，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基玄武岩纤维复合材料，整个固化过程施加压力为1MPa。制备的复合材料中玄武岩纤维平纹布体积为复合材料体积的30％。
本实施例样品的弯曲强度为348MPa，弯曲模量为12GPa；复合材料的导热系数为0.38w.k-1.m-1。相对于添加剂为凹凸棒石/炭的样品(对比例8)，本实施例样品的弯曲强度提高6.8％，弯曲模量没有显著提高，复合材料的导热系数提高72.7％。
上述实施例所得样品的各性能见表1.
表1不同样品的弯曲强度、弯曲模量及导热系数
样品 弯曲强度/MPa 弯曲模量/GPa 导热系数/w.k-1.m-1
实施例1 366 13 0.38
实施例2 563 35 0.46
实施例3 606 38 0.59
实施例4 274 11 0.31
实施例5 307 11 0.21
实施例6 345 11 0.46
实施例7 332 13 0.41
实施例8 335 12 0.48
实施例9 348 12 0.38
对比例1 308 11 0.17
对比例2 543 34 0.26
对比例3 269 11 0.13
对比例4 341 13 0.31
对比例5 311 12 0.27
对比例6 324 11 0.24
对比例7 315 13 0.46
对比例8 326 13 0.22

Claims (8)

1.一种提高环氧树脂基纤维复合材料性能的方法，其特征在于：所述环氧树脂基纤维复合材料以环氧树脂为基体，以连续纤维平纹布为增强纤维；
通过向环氧树脂基纤维复合材料的环氧树脂基体中均匀分散埃洛石/炭纳米复合材料，制得埃洛石/炭改性环氧树脂基纤维复合材料，以改善环氧树脂和纤维之间的界面结合，提高环氧树脂基纤维复合材料的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述连续纤维平纹布为连续玄武岩纤维平纹布、连续碳纤维平纹布或连续玻璃纤维平纹布。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将埃洛石粘土与生物质炭源按质量比1:0.5～2均匀分散于水中，搅拌1～2h，得到混合料；向所述混合料中加入占所述混合料质量0.5％的催化剂六水合硫酸亚铁铵，继续搅拌10～15min，然后转移至水热反应釜中，在180℃～220℃下反应12～48h，自然冷却至常温后用去离子水和乙醇交替洗涤所得产物至pH＝7，最后干燥、研磨，获得埃洛石/炭纳米复合材料；
(2)以步骤(1)所得埃洛石/炭纳米复合材料作为添加剂，超声分散在有机溶剂中，然后加入到环氧树脂中，搅拌均匀后置于真空干燥箱中，抽真空除去有机溶剂；再加入固化剂4,4’-二氨基二苯基甲烷，搅拌均匀后再置于真空干燥箱中抽真空，除去剩余有机溶剂和气泡，获得涂覆料；
(3)将步骤(2)所得涂覆料均匀涂覆在连续纤维平纹布上，然后置于烘箱中预固化，再置于真空干燥箱中抽真空处理1h，取出晾干获得预浸料；
(4)将预浸料裁剪后堆叠，置于平板硫化机上的模具中，模压工艺成型固化，即获得埃洛石/炭改性环氧树脂基纤维复合材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述生物质炭源为纤维素、葡萄糖和果糖中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为100:27；所述埃洛石/炭纳米复合材料的用量占埃洛石/炭纳米复合材料、环氧树脂与固化剂总质量的1～4wt％。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的有机溶剂为丙酮。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)中将涂覆料涂敷到连续纤维平纹布上的操作温度为60～70℃；步骤(3)中所述的预固化是在60～70℃加热1h。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(4)中模压工艺成型固化的方法是：排气后首先升温至80℃，加压至1～3MPa固化2h；然后再升温至160℃，固化4h；保持压力不变，降至室温；最后撤掉压力，脱模、取样。
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