CN106189095A - 一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：碳纤维1‑3份，环氧树脂30‑50份，漂珠2‑5份，明胶3‑8份，麦饭石粉2‑3份，偶联剂1.5‑3份，固化剂2‑5份，促进剂1‑2份。本发明还公开了该复合材料的制备方法，该复合材料耐热、耐磨性好，具有一定的耐腐蚀性能，比强度大，抗冲击性能优异。

Description

一种自行车用碳纤维/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，具体的涉及一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
背景技术：
碳纤维增强环氧树脂复合材料因具有轻质高强、耐腐蚀性和耐候优异的性能特点被广泛应用于航空航天、体育休闲用品、土木建筑、电子产品、自行车等领域。
碳纤维/环氧树脂复合材料应用于碳纤维自行车制造时，既要满足复合材料的制备工艺，又要满足碳纤维自行车的制造工艺。由于固化后的环氧树脂分子形成的是三维网络结构，当收到外部载荷作用产生微裂纹时，裂纹很容易扩展，从而韧性很差；同时，碳纤维与环氧树脂的界面以化学键合的方式连接，虽然结合强度较好，但是界面的断裂应变能力低、阻止裂纹扩展的能力差，界面的韧性很差。低韧性的界面会导致材料在收到外部载荷时发生脆性破坏，界面应力传递收到影响，这就限制了碳纤维增强环氧树脂在自行车领域的应用，因此提高碳纤维与环氧树脂界面韧性显得尤为重要。
中国专利(201310127353.3)公开了一种提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的方法，通过在碳纤维表面涂覆一层热塑性树脂，可以有效改善碳纤维增强环氧树脂基复合材料的界面韧性，当界面受到外部载荷而产生裂纹时，界面的热塑性树脂可以阻碍裂纹的扩展；同时界面破坏时，热塑性树脂涂层也可以吸收更多的能量，这也使得界面的韧性得以提高。但是其容易使得复合材料的耐热性和抗冲击性能降低。
发明内容：
本发明的目的是提供一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其耐热、耐磨性好，具有一定的耐腐蚀性能，比强度大，抗冲击性能优异。
本发明的另一个目的是提供该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：
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维1-3份，环氧树脂30-50份，
漂珠2-5份，明胶3-8份，
麦饭石粉2-3份，偶联剂1.5-3份，
固化剂2-5份，促进剂1-2份。
作为上述技术方案的优选，一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维2份，环氧树脂45份，
漂珠3.5份，明胶6份，
麦饭石粉2.5份，偶联剂2份，
固化剂3.5份，促进剂1份。
作为上述技术方案的优选，所述碳纤维的直径为200-500nm，所述碳纤维的长度为0.8-1μm。
作为上述技术方案的优选，所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂与固态双酚A型环氧树脂的混合物，二者质量比为1:2。
作为上述技术方案的优选，所述漂珠的粒径大小为80-100nm，其密度为0.402g/cm3。
作为上述技术方案的优选，所述麦饭石粉的粒径大小为2000目。
作为上述技术方案的优选，所述偶联剂为烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，所述固化剂为3-苯基-1,1-二甲基脲、聚苯并咪唑、聚丙烯酸酯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BDMA、CT-152X、DBU中的一种或多种混合。
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1-2h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，100-120℃下超声30-60min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1-2h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化12-24h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
本发明具有以下有益效果：
漂珠具有颗粒细、中空、质轻、高强度、耐磨、耐高温、保温绝缘、绝缘阻燃等多种特性；麦饭石粉具有多孔状结构，具有很强的吸附能力，两者表面由于比表面积小，具有很多活性吸附点和活性基团，可以通过偶联剂，稳定分散于碳纤维/环氧树脂复合材料中，当有外力存在时，其多孔结构可以有效吸附能量，从而减少裂纹扩展，达到增大材料韧性的目的；
该复合材料分散性好，力学性能优异，原料价格低廉，无毒，制备方法简单，易于操作，制备成本低，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
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维1份，环氧树脂30份，
漂珠2份，明胶3份，
麦饭石粉2份，偶联剂1.5份，
固化剂2份，促进剂1份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，100℃下超声30min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化12h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
实施例2
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维3份，环氧树脂50份，
漂珠5份，明胶8份，
麦饭石粉3份，偶联剂3份，
固化剂5份，促进剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声2h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，120℃下超声60min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声2h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化24h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
实施例3
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维1.5份，环氧树脂35份，
漂珠3份，明胶4份，
麦饭石粉2.2份，偶联剂1.8份，
固化剂3份，促进剂1.2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1.2h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，105℃下超声40min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1.2h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化16h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
实施例4
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维2份，环氧树脂40份，
漂珠3.5份，明胶5份，
麦饭石粉2.6份，偶联剂2份，
固化剂3.5份，促进剂1.4份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1.4h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，110℃下超声45min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1.4h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化18h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
实施例5
一种自行车用碳纤维/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45份，
漂珠4份，明胶6份，
麦饭石粉2.8份，偶联剂2.5份，
固化剂4份，促进剂1.6份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1.6h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，115℃下超声50min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1.6h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化20h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
实施例6
一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：
碳纤维3份，环氧树脂50份，
漂珠4.5份，明胶7份，
麦饭石粉2.8份，偶联剂3份，
固化剂4.5份，促进剂1.8份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤维、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1.8h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，120℃下超声55min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1.8h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化22h，得到自行车用碳纤维/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，测试结果如表1所示，其中对比例为普通碳纤维增强环氧树脂基复合材料。
表1
从表1来看，本发明提供的自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，力学性能好，韧性大，抗冲击性能优异。

Claims (10)

1.一种自行车用碳纤维/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1-3份，环氧树脂30-50份，
漂珠2-5份，明胶3-8份，
麦饭石粉2-3份，偶联剂1.5-3份，
固化剂2-5份，促进剂1-2份。
2.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/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份，环氧树脂45份，
漂珠3.5份，明胶6份，
麦饭石粉2.5份，偶联剂2份，
固化剂3.5份，促进剂1份。
3.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述碳纤维的直径为200-500nm，所述碳纤维的长度为0.8-1μm。
4.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂与固态双酚A型环氧树脂的混合物，二者质量比为1:2。
5.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述漂珠的粒径大小为80-100nm，其密度为0.402g/cm3。
6.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述麦饭石粉的粒径大小为2000目。
7.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述偶联剂为烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或多种混合。
8.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述固化剂为3-苯基-1,1-二甲基脲、聚苯并咪唑、聚丙烯酸酯中的一种或多种混合。
9.如权利要求1所述的一种自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述促进剂为BDMA、CT-152X、DBU中的一种或多种混合。
10.如权利要求1至9任一所述的一种自行车用碳纤维/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、偶联剂、漂珠、麦饭石粉和无水乙醇混合搅拌均匀，800W功率下超声1-2h，除去溶剂，和液态双酚A型酚醛树脂混合搅拌均匀，转移至高压釜中，100-120℃下超声30-60min，得到混合物A；
(2)将固态双酚A型环氧树脂和明胶混合均匀，加入步骤(1)得到的混合物A，超声1-2h，加入固化剂、促进剂，搅拌混合均匀，经抽真空排除气泡后，将混合物浇注于成型模具中，室温固化12-24h，得到自行车用碳纤维/环氧树脂复合材料。
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