CN107686625B - 一种高剪切强度改性碳纤维复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高剪切强度改性碳纤维复合材料，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：60‐90份，二酚基丙烷环氧树脂：30‐50份，聚偏氟乙烯：5‐15份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：50‐70份，填料：10‐15份，固化剂：15‐25份，促进剂：1‐4份，抗氧剂：0.8‐1.6份。本复合材料不但拉伸强度高，而且剪断强度也非常理想，同时，也解决了碳纤维材料放置在阳光下时非常易老化，材料会逐渐变白的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高剪切强度改性碳纤维复合材料。
背景技术
碳纤维(carbon fiber，简称CF)，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。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维复合材料虽然拉伸强度强，但是，剪断强度却非常的弱，这大大影响了其综合性能，限制了其利用的领域。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高剪切强度改性碳纤维复合材料，本复合材料解决了碳纤维材料剪断强度低的问题。
一种高剪切强度改性碳纤维复合材料，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：60‐90份，二酚基丙烷环氧树脂：30‐50份，聚偏氟乙烯：5‐15份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：50‐70份，填料：10‐15份，固化剂：15‐25份，促进剂：1‐4份，抗氧剂：0.8‐1.6份。
优选地，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：68‐76份，二酚基丙烷环氧树脂：36‐44份，聚偏氟乙烯：7‐12份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：54‐62份，填料：11‐14份，固化剂：17‐23份，促进剂：2‐3份，抗氧剂：0.9‐1.4份。
优选地，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：72份，二酚基丙烷环氧树脂：42份，聚偏氟乙烯：9份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：57份，填料：13份，固化剂：19份，促进剂：3份，抗氧剂：1.3份。
优选地，所述填料为氧化铝粉、玻璃粉、云母粉、石英粉以及石棉粉中的一种。
优选地，所述填料为石英粉。
优选地，所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺以及二乙氨基丙胺中的一种。
优选地，所述固化剂为三乙烯四胺。
优选地，所述促进剂为氯化亚锡、三氯化铁以及对氯代苯甲酸中的一种。
优选地，所述促进剂为三氯化铁。
优选地，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚以及硫代二丙酸双酯的混合物，其质量比为1:1。
本发明的有益效果在于：本复合材料不但拉伸强度高，而且剪断强度也非常理想，同时，也解决了碳纤维材料放置在阳光下时非常易老化，材料会逐渐变白的问题。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
实施例1
高剪切强度改性碳纤维复合材料，材料由如下按质量组分组成：
高剪切强度改性碳纤维复合材料的制备方法：
准确称取配方量的碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、氧化铝粉、乙二胺、氯化亚锡以及2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯；
将碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯以及甲基丙烯酸缩水甘油酯在90℃温度下，干燥40min，然后放置于预混机中进行混合，预混机搅拌速度为200r/min，预混9min，得到混合物a；
将氧化铝粉、乙二胺、氯化亚锡以及2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯在预混机中进行混合，控制预混机温度为90℃，预混机搅拌速度为170r/min，预混3min，得到混合物b；
待混合物a以及混合物b冷却后，进行两者物理混合，得到混料；
将混料加入至双螺杆挤出机中，控制双螺杆转速为180r/min，控制各区温度分别为：一区温度为220℃，二区温度为215℃，三区温度为224℃，四区温度为228℃，混合物熔融挤出，过水冷却，造粒，得到粒料。
对粒料进行烘干，装袋。
实施例2
高剪切强度改性碳纤维复合材料，材料由如下按质量组分组成：
高剪切强度改性碳纤维复合材料的制备方法：
准确称取配方量的碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、玻璃粉、己二胺、三氯化铁、2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯；
将碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯以及甲基丙烯酸缩水甘油酯在70℃温度下，干燥60min，然后放置于预混机中进行混合，预混机搅拌速度为300r/min，预混5min，得到混合物a；
将玻璃粉、己二胺、三氯化铁以及2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯在预混机中进行混合，控制预混机温度为140℃，预混机搅拌速度为120r/min，预混2min，得到混合物b；
待混合物a以及混合物b冷却后，进行两者物理混合，得到混料；
将混料加入至双螺杆挤出机中，控制双螺杆转速为260r/min，控制各区温度分别为：一区温度为210℃，二区温度为220℃，三区温度为224℃，四区温度为220℃，混合物熔融挤出，过水冷却，造粒，得到粒料。
对粒料进行烘干，装袋。
实施例3
高剪切强度改性碳纤维复合材料，材料由如下按质量组分组成：
高剪切强度改性碳纤维复合材料的制备方法：
准确称取配方量的碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、云母粉、二乙烯三胺、对氯代苯甲酸、2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯；
将碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯以及甲基丙烯酸缩水甘油酯在75℃温度下，干燥44min，然后放置于预混机中进行混合，预混机搅拌速度为290r/min，预混8min，得到混合物a；
将云母粉、二乙烯三胺、对氯代苯甲酸以及2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯在预混机中进行混合，控制预混机温度为94℃，预混机搅拌速度为155r/min，预混3min，得到混合物b；
待混合物a以及混合物b冷却后，进行两者物理混合，得到混料；
将混料加入至双螺杆挤出机中，控制双螺杆转速为195r/min，控制各区温度分别为：一区温度为212℃，二区温度为219℃，三区温度为219℃，四区温度为227℃，混合物熔融挤出，过水冷却，造粒，得到粒料。
对粒料进行烘干，装袋。
实施例4
高剪切强度改性碳纤维复合材料，材料由如下按质量组分组成：
高剪切强度改性碳纤维复合材料的制备方法：
准确称取配方量的碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、石棉粉、二乙氨基丙胺、氯化亚锡、2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯；
将碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯以及甲基丙烯酸缩水甘油酯在84℃温度下，干燥58min，然后放置于预混机中进行混合，预混机搅拌速度为220r/min，预混6min，得到混合物a；
将石棉粉、二乙氨基丙胺、氯化亚锡以及2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯在预混机中进行混合，控制预混机温度为130℃，预混机搅拌速度为130r/min，预混2min，得到混合物b；
待混合物a以及混合物b冷却后，进行两者物理混合，得到混料；
将混料加入至双螺杆挤出机中，控制双螺杆转速为245r/min，控制各区温度分别为：一区温度为218℃，二区温度为216℃，三区温度为223℃，四区温度为223℃，混合物熔融挤出，过水冷却，造粒，得到粒料。
对粒料进行烘干，装袋。
实施例5
高剪切强度改性碳纤维复合材料，材料由如下按质量组分组成：
高剪切强度改性碳纤维复合材料的制备方法：
准确称取配方量的碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、石英粉、三乙烯四胺、三氯化铁、2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯；
将碳纤维、二酚基丙烷环氧树脂、聚偏氟乙烯以及甲基丙烯酸缩水甘油酯在82℃温度下，干燥52min，然后放置于预混机中进行混合，预混机搅拌速度为260r/min，预混7min，得到混合物a；
将石英粉、三乙烯四胺、三氯化铁以及2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚、硫代二丙酸双酯在预混机中进行混合，控制预混机温度为120℃，预混机搅拌速度为138r/min，预混2min，得到混合物b；
待混合物a以及混合物b冷却后，进行两者物理混合，得到混料；
将混料加入至双螺杆挤出机中，控制双螺杆转速为220r/min，控制各区温度分别为：一区温度为216℃，二区温度为217℃，三区温度为221℃，四区温度为224℃，混合物熔融挤出，过水冷却，造粒，得到粒料。
对粒料进行烘干，装袋。
| 测试项目 | 拉伸强度(Mpa) | 剪切强度(Mpa) |
| 实施例1 | 184 | 132 |
| 实施例2 | 194 | 146 |
| 实施例3 | 206 | 158 |
| 实施例4 | 198 | 172 |
| 实施例5 | 218 | 187 |
将实施例1‐5的粒料的复合材料加入注塑机，进行注塑成型，制得塑料制品，对制品测试其物理性能，拉伸强度以及剪切强度根据ASTM D638测试。
根据性能测试表中的数据可以看出，实施例1‐5复合材料不但拉伸强度高，而且剪断强度也非常理想，可以大大增加其应用领域。
本复合材料长时间放置在阳光下时，不会发白，不易老化。
以上是对本发明所提供的具体实施例。
说明书对本发明进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种高剪切强度改性碳纤维复合材料，其特征在于，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：60-90份，二酚基丙烷环氧树脂：30-50份，聚偏氟乙烯：5-15份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：50-70份，填料：10-15份，固化剂：15-25份，促进剂：1-4份，抗氧剂：0.8-1.6份。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：68-76份，二酚基丙烷环氧树脂：36-44份，聚偏氟乙烯：7-12份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：54-62份，填料：11-14份，固化剂：17-23份，促进剂：2-3份，抗氧剂：0.9-1.4份。
3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述材料由如下按质量组分组成：碳纤维：72份，二酚基丙烷环氧树脂：42份，聚偏氟乙烯：9份，甲基丙烯酸缩水甘油酯：57份，填料：13份，固化剂：19份，促进剂：3份，抗氧剂：1.3份。
4.如权利要求1-3任一所述的复合材料，其特征在于：所述填料为氧化铝粉、玻璃粉、云母粉、石英粉以及石棉粉中的一种。
5.如权利要求4所述的复合材料，其特征在于：所述填料为石英粉。
6.如权利要求1-3任一所述的复合材料，其特征在于：所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺以及二乙氨基丙胺中的一种。
7.如权利要求6所述的复合材料，其特征在于：所述固化剂为三乙烯四胺。
8.如权利要求1-3任一所述的复合材料，其特征在于：所述促进剂为氯化亚锡、三氯化铁以及对氯代苯甲酸中的一种。
9.如权利要求8所述的复合材料，其特征在于：所述促进剂为三氯化铁。
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