CN112724601A - 一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明制备了一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法。碳纤维增强复合材料的改性树脂基体包括环氧树脂、固化剂、促进剂、纳米粒子。采用水热自组装的方法，通过调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例实现纳米粒子在碳纤维上的分布均匀与接枝量可控，通过高压多级乳化泵的强剪切力作用实现纳米粒子在树脂基体中的均匀稳定分散，制备了一种机械性能优异、界面结合强度高、导电性好的复合材料，解决了碳纤维增强复合材料界面结合弱及界面导电性差的问题，对高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料的制备具有指导意义。

Description

一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其 制备方法

技术领域

本发明涉及碳纤维树脂基复合材料领域，主要涉及一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维树脂基复合材料具有高模量、高拉伸强度、低密度及耐腐蚀性等优异特性，被广泛应用于交通运输、航空航天、风力发电和体育用品等领域。然而，由于未改性的碳纤维的表面惰性，其与树脂基体之间的界面相互作用较弱，导致复合材料具有较低的界面剪切强度，这限制了复合材料在一些高性能领域中的应用。此外，碳纤维作为一种碳材料，具有优异的导电性能，而环氧树脂的导电性较差，这使得碳纤维增强环氧树脂复合材料也具有导电性差的问题，限制了复合材料在对导电性要求较高的制品中的应用。

通常来说，影响复合材料力学性能和导电性能的因素包括基体、增强体以及基体和增强体之间的界面。在碳纤维树脂基复合材料中，作为基体材料的环氧树脂具有优异的粘接性能、耐腐蚀性、力学性能好、收缩率低、易加工成型等优点，作为增强体材料的碳纤维也具有许多优良性能，如强度和模量高、密度低、耐疲劳性能好、热膨胀系数小。在基体和增强体均具有优异力学性能的情况下，若要使复合材料也能充分发挥出优异的力学性能，基体和增强体之间的界面结合好坏就成为了关键因素。此外，碳纤维具有优异的导电性，而环氧树脂的导电性较差，复合材料的导电性则取决于树脂基体的导电性以及碳纤维和树脂基体之间的界面导电性。由于未改性的碳纤维的表面惰性，其与树脂基体之间的界面相互作用较差，以及环氧树脂基体的较差的导电性，因此可通过同时改性碳纤维和树脂基体以改善两者之间的界面强度以及界面导电性从而提高复合材料的力学性能和导电性。目前，改性碳纤维，常用的改性方法为通过涂覆法、电泳沉积法、化学接枝法和化学气相沉积法将纳米粒子引入到碳纤维表面。采用涂覆法，虽然操作过程较为简单，但存在涂覆不均匀，涂覆量难以控制等问题；采用电泳沉积法，由于水的电解在电极处容易产生气泡，这会影响纳米粒子在碳纤维上的均匀沉积；采用化学接枝法，虽然纳米粒子与碳纤维之间有化学键合作用，两者的结合力较强，但催化剂的参与和较高的沉积温度会损伤CF表面；采用化学气相沉积法，虽能实现纳米粒子在碳纤维上的均匀沉积，但过程较为复杂。此外，这几种改性碳纤维的方法都存在一个共同的问题：纳米粒子在碳纤维的引入量难以控制。目前，改性树脂基体，通常采用超声分散的方法将导电性较好的纳米粒子分散到树脂基体中，而由于纳米粒子的亲水性较好，不易实现在树脂基体中的分散，并且，由于纳米粒子之间具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道等效应，当在树脂基体中加入的纳米粒子达到一定百分含量时，纳米粒子即会出现团聚现象，而团聚现象的发生则会大幅影响树脂基体导电性能的提高。此外，采用超声分散法在树脂基体中分散纳米粒子，不易实现分散稳定性，放置一段时间后，易出现沉降现象。

在成功改性碳纤维的基础上，由于克服了碳纤维的表面惰性，这可以确保复合材料界面强度的提高。然而，复合材料导电性能的提高则需要基体相内导电介质的均匀分散以及界面处导电介质的有效搭接以形成导电通路，因此在成功改性树脂基体确保提高其导电性的基础上，还要确保树脂基体中的导电介质和碳纤维上的导电介质在界面处形成有效的导电通路，而目前在提高复合材料界面强度的基础上同时提高其导电性的研究报道则较少。总体来看，目前技术方法存在的问题有：1、将纳米粒子引入到碳纤维上的操作过程不可控，引入量难以控制，且易出现涂覆不均匀，损伤碳纤维本体强度等问题；2、难以实现纳米粒子在树脂基体中的均匀分散以及难以实现纳米粒子在树脂基体中的分散稳定性，由此影响到树脂基体导电性能的提高；3、由于在复合材料界面微观区域没有形成导电通路，导致复合材料整体导电性能偏低。因此，亟需开发出一种制备高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料的方法。

发明内容

本发明制备了一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法。碳纤维增强复合材料的改性树脂基体包括环氧树脂、固化剂、促进剂、纳米粒子(羧基化碳纳米管、胺基化碳纳米管、硅烷化碳纳米管、羧基化氧化石墨烯或羧基化蒙脱土)。采用水热自组装的方法，通过调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例实现纳米粒子在碳纤维上的分布均匀与接枝量可控，通过高压多级乳化泵的强剪切力作用实现纳米粒子在树脂基体中的均匀稳定分散，制备了一种机械性能优异、界面结合强度高、导电性好的复合材料，解决了由于碳纤维的表面惰性，与树脂基体不匹配，导致复合材料界面结合不好以及由于树脂基体的导电性差导致复合材料界面导电性弱的问题，对高界面强度和强界面导电性的的碳纤维增强复合材料的制备有指导意义。为实现上述目的，本发明提供一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法，其具体技术内容如下：

本发明中一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料的改性树脂基体由质量份数配比为100:(10-30):(0.4-2):(0.1-3)的环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子组成，采用水热自组装法实现在碳纤维上引入纳米粒子，通过调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例控制碳纤维与纳米粒子的质量比为100:(0.1-3)。

其中，纳米粒子为羧基化碳纳米管、胺基化碳纳米管、硅烷化碳纳米管、羧基化氧化石墨烯或羧基化蒙脱土。

本发明的目的还在于提供上述碳纤维增强复合材料的具体制备方法。

上述的碳纤维增强复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备改性碳纤维：通过水热自组装方法，将纳米粒子加入到乙二醇中，超声分散0.5-1h，然后将混合均匀的乙二醇-纳米粒子溶液和碳纤维转移至水热反应釜中，压力为1-2MPa，采用“高-低”两段式温度进行反应，先在160-180℃的鼓风烘箱中反应4-7h，然后在100-120℃的鼓风烘箱中反应4-6h；

(2)制备改性树脂基体：

①将纳米粒子加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：10-13MPa/10-15min+17-20MPa/20-30min+10-13MPa/10-15min，制得改性环氧树脂；

②向步骤①制得的改性环氧树脂中加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度30-70℃、搅拌速度600-1000r/min、搅拌时间30-60min，制得改性树脂基体；

(3)复合材料的制备：

a)TFBT复合材料的制备

将步骤(1)中制备的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在70-100℃的鼓风烘箱中预热20-40min，将步骤(2)中制备的改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡0.5-1h后，采用梯度升温的固化方式，在80-100℃下固化1-2h、110-130℃下固化1-2h、140-160℃下固化2-3h，冷却至室温；

b)FBPO复合材料的制备

将步骤(1)中制备的改性碳纤维的一端包埋在步骤(2)中制备的改性树脂基体中，包埋的深度为2-3mm，采用同步骤a)中相同的固化方式进行固化。

发明效果

1)采用水热自组装法，通过控制调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例以及水热反应釜的温度和压力，可以实现纳米粒子在碳纤维上的分布均匀与接枝量可控；纳米粒子在碳纤维上自组装过程可控且简单高效，纳米粒子与碳纤维的结合力强，填补了碳纤维本体存在的表面缺陷。2)通过高压多级乳化泵的强剪切力的分散作用，以及“低-高-低”变压式混合方法，可以实现纳米粒子在树脂基体中的均匀稳定分散，且过程简单高效，大幅提升了纳米粒子的可加入量以及树脂基体的导电性。3)碳纤维上接枝有纳米粒子，树脂基体中也含有纳米粒子，在梯度固化的初始阶段，树脂基体中的纳米粒子会扩散到界面处，随着固化温度的升高，两处的纳米粒子会在界面处发生化学键合反应以及物理桥接作用，形成梯度式的三维形态的纳米缠结结构，从而使制备的碳纤维树脂基复合材料具有较高的界面结合强度。4)纳米粒子具有良好的导电性，纳米粒子和碳纤维本体的有效搭接、纳米粒子在树脂基体中的均匀分散以及界面处纳米粒子之间的桥接作用有利于在复合材料的“基体-增强体”间形成导电网络，从而提高复合材料的界面导电性。

附图说明

图1为改性碳纤维的SEM照片；图2为改性树脂基体的光学照片；图3为实施例4和对比例4中改性树脂基体的光学照片。

具体实施方式

本发明采用水热自组装法，通过控制调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例以及反应釜的温度和压力，可以实现纳米粒子在碳纤维上的分布均匀与接枝量可控，通过高压多级乳化泵的强剪切力作用，可以实现纳米粒子在树脂基体中的均匀稳定分散，采用梯度固化的方式可以实现碳纤维上的纳米粒子和树脂基体中的纳米粒子进行化学键合作用和物理桥接。

本发明一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料的改性树脂基体由质量份数配比为100:(10-30):(0.4-2):(0.1-3)的环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子组成，采用水热自组装法实现在碳纤维上引入纳米粒子，通过调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例控制碳纤维与纳米粒子的质量比为100:(0.1-3)。其中，环氧树脂选自缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂的一种或几种复配物；胺类固化剂为芳香族胺、脂环胺、聚醚胺的一种或几种复配物；纳米粒子为羧基化碳纳米管、胺基化碳纳米管、硅烷化碳纳米管、羧基化氧化石墨烯或羧基化蒙脱土。

实施例中按照TFBT和FBPO测试方法在SUNS万能材料试验机上进行碳纤维树脂基复合材料的拉伸强度和界面剪切强度测试。

下面用实施例对本发明的实施方案进一步说明，但本发明不限于以下实施例。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

将环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子的质量份数按照100:30:0.5:0.5的配比制备。环氧树脂采用缩水甘油醚型环氧树脂662和内次甲基四氢苯二甲酸二缩水甘油酯的复配物，胺类固化剂采用三乙烯四胺(TETA)和3,3-二甲基-4,4-二氨基二环己基甲烷(DMDC)的复配物，促进剂采用2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)，纳米粒子采用羧基化碳管，碳纤维采用日本东丽公司的T800H-12K。制备过程如下：调整乙二醇和羧基化碳管的比例为100:0.1，混合均匀后，和碳纤维一起转移至水热反应釜中，压力为1MPa，先在160℃的鼓风烘箱中反应4h，然后在100℃的鼓风烘箱中反应4h，制得改性碳纤维；将羧基化碳管按配比加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：10MPa/10min+17MPa/20min+10MPa/10min，制得改性环氧树脂，向上述制得的改性环氧树脂中按比例加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度30℃、搅拌速度600r/min、搅拌时间30min，制得改性树脂基体。将制得的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在70℃的鼓风烘箱中预热20min，将改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡0.5h后，采用梯度升温的固化方式，固化条件为：80℃/1h+110℃/1h+140℃/2h，冷却至室温制得TFBT复合材料。将制得的改性碳纤维的一端包埋在改性树脂基体中，包埋的深度为2mm，采用同TFBT相同的固化条件进行固化。

实施例中具体配方设计如表1中所示，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。

对比例1

不在碳纤维上引入纳米粒子，其他条件与步骤和实施例1一致。TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。由表2可以看出，不在碳纤维上引入纳米粒子，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度均下降，即通过改性碳纤维可提高复合材料的界面性能。

实施例2

将环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子的质量份数按照100:10:1:1的配比制备。环氧树脂采用双间苯二酚缩醛四缩水甘油醚、邻苯二甲酯环氧树脂(731)和4,4-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺的复配物，胺类固化剂采用聚醚胺D-400，促进剂采用2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)，纳米粒子采用胺基化碳纳米管，碳纤维采用日本东丽公司的T800H-12K。制备过程如下：调整乙二醇和胺基化碳纳米管的比例为100:3，混合均匀后，和碳纤维一起转移至水热反应釜中，压力为2MPa，先在180℃的鼓风烘箱中反应7h，然后在120℃的鼓风烘箱中反应5h，制得改性碳纤维；将胺基化碳纳米管按配比加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：13MPa/15min+20MPa/30min+13MPa/15min，制得改性环氧树脂，向上述制得的改性环氧树脂中按比例加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度70℃、搅拌速度1000r/min、搅拌时间60min，制得改性树脂基体。将制得的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在100℃的鼓风烘箱中预热40min，将改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡1h后，采用梯度升温的固化方式，固化条件为：100℃/2h+130℃/2h+160℃/3h，冷却至室温制得TFBT复合材料。将制得的改性碳纤维的一端包埋在改性树脂基体中，包埋的深度为3mm，采用同TFBT相同的固化条件进行固化。

实施例中具体配方设计如表1中所示，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。

对比例2

不在树脂基体中加入纳米粒子，其他条件与步骤和实施例2一致。TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。由表2可以看出，不在树脂基体中加入纳米粒子，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度均下降，即通过改性树脂基体可提高复合材料的界面性能。

实施例3

将环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子的质量份数按照100:20:1.5:1的配比制备。环氧树脂采用双间苯二酚缩醛四缩水甘油醚和内次甲基四氢苯二甲酸二缩水甘油酯的复配物，胺类固化剂采用3,3-二甲基-4,4-二氨基二环己基甲烷(DMDC)和聚醚胺D-400的复配物，促进剂采用2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)，纳米粒子采用硅烷化碳纳米管，碳纤维采用日本东丽公司的T800H-12K。制备过程如下：调整乙二醇和硅烷化碳纳米管的比例为100:0.5，混合均匀后，和碳纤维一起转移至水热反应釜中，压力为1.5MPa，先在170℃的鼓风烘箱中反应5h，然后在110℃的鼓风烘箱中反应4h，制得改性碳纤维；将硅烷化碳纳米管按配比加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：12MPa/13min+18MPa/25min+12MPa/13min，制得改性环氧树脂，向上述制得的改性环氧树脂中按比例加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度40℃、搅拌速度700r/min、搅拌时间40min，制得改性树脂基体。将制得的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在75℃的鼓风烘箱中预热25min，将改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡40min后，采用梯度升温的固化方式，固化条件为：90℃/1h+120℃/2h+150℃/2h，冷却至室温制得TFBT复合材料。将制得的改性碳纤维的一端包埋在改性树脂基体中，包埋的深度为2.5mm，采用同TFBT相同的固化条件进行固化。

实施例中具体配方设计如表1中所示，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。

对比例3

既不在碳纤维上引入纳米粒子，同时不在树脂基体中加入纳米粒子，其他条件与步骤和实施例3一致。TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。由表2可以看出，既不在碳纤维上引入纳米粒子，同时不在树脂基体中加入纳米粒子，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度均明显下降，即通过同时改性碳纤维和改性树脂基体可明显提高复合材料的界面性能。

实施例4

将环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子的质量份数按照100:25:1:1.5的配比制备。环氧树脂采用缩水甘油醚型环氧树脂662，内次甲基四氢苯二甲酸二缩水甘油酯和4,4-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺的复配物，胺类固化剂采用三乙烯四胺(TETA)和聚醚胺D-400的复配物，促进剂采用2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)，纳米粒子采用羧基化氧化石墨烯，碳纤维采用日本东丽公司的T800H-12K。制备过程如下：调整乙二醇和羧基化氧化石墨烯的比例为100:1，混合均匀后，和碳纤维一起转移至水热反应釜中，压力为1MPa，先在160℃的鼓风烘箱中反应4h，然后在120℃的鼓风烘箱中反应6h，制得改性碳纤维；将羧基化氧化石墨烯按配比加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：10MPa/10min+20MPa/30min+13MPa/15min，制得改性环氧树脂，向上述制得的改性环氧树脂中按比例加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度50℃、搅拌速度800r/min、搅拌时间45min，制得改性树脂基体。将制得的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在80℃的鼓风烘箱中预热30min，将改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡45min后，采用梯度升温的固化方式，固化条件为：100℃/1h+120℃/2h+150℃/2h，冷却至室温制得TFBT复合材料。将制得的改性碳纤维的一端包埋在改性树脂基体中，包埋的深度为2mm，采用同TFBT相同的固化条件进行固化。

实施例中具体配方设计如表1中所示，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。

对比例4

将制备改性树脂基体所用的用高压多级乳化泵分散的方法替换为机械搅拌法，其他条件与步骤和实施例4一致。纳米粒子分散在改性树脂基体中的光学照片如图3中所示，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。由图3可以看出，采用高压多级乳化泵实现纳米纳米粒子在树脂基体中的分散，分散得较均匀。由表2可以看出，采用机械搅拌法制备改性树脂基体，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度均下降，即实现纳米粒子在树脂基体中的均匀分散可提高复合材料的界面性能。

实施例5

将环氧树脂、胺类固化剂、促进剂和纳米粒子的质量份数按照100:15:2:3的配比制备。环氧树脂采用缩水甘油醚型环氧树脂662、邻苯二甲酯环氧树脂(731)和4,4-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺的复配物，胺类固化剂采用N,N-二甲基苯胺，促进剂采用2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)，纳米粒子采用羧基化蒙脱土，碳纤维采用日本东丽公司的T800H-12K。制备过程如下：调整乙二醇和羧基化蒙脱土的比例为100:2，混合均匀后，和碳纤维一起转移至水热反应釜中，压力为2MPa，先在180℃的鼓风烘箱中反应7h，然后在100℃的鼓风烘箱中反应4h，制得改性碳纤维；将羧基化蒙脱土按配比加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：13MPa/15min+17MPa/20min+10MPa/10min，制得改性环氧树脂，向上述制得的改性环氧树脂中按比例加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度60℃、搅拌速度900r/min、搅拌时间50min，制得改性树脂基体。将制得的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在90℃的鼓风烘箱中预热35min，将改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡50min后，采用梯度升温的固化方式，固化条件为：90℃/2h+120℃/1h+150℃/1h，冷却至室温制得TFBT复合材料。将制得的改性碳纤维的一端包埋在改性树脂基体中，包埋的深度为3mm，采用同TFBT相同的固化条件进行固化。

实施例中具体配方设计如表1中所示，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。

对比例5

将制备改性碳纤维所用的水热自组装的方法替换为物理涂覆法，其他条件与步骤和实施例5一致。TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度数据如表2中所示。由表2可以看出，用物理涂覆法制备改性碳纤维，TFBT复合材料的拉伸强度和FBPO复合材料的界面剪切强度均下降，即采用水热自组装法制备改性碳纤维，更能提高复合材料的界面性能。

表1各实施例中所用到的各具体组分的质量份数

表2各实施例与对比例中TFBT复合材料拉伸强度和FBPO复合材料界面剪切强度对比

Claims (3)

1.一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法，其特征在于：第一步，通过水热自组装法制备表面引入纳米粒子的改性碳纤维，通过调整乙二醇溶剂与纳米粒子的比例控制碳纤维与纳米粒子的质量比为100:(0.1-3)；第二步，采用高压多级乳化泵，通过强剪切力的作用制备改性树脂基体，实现纳米粒子在改性树脂基体中的均匀稳定分散，改性树脂基体包括以下组分：环氧树脂、胺类固化剂、促进剂、纳米粒子的质量份数配比为100:(10-30):(0.4-2):(0.1-3)；第三步，以第一步中制备的改性碳纤维为增强体，第二步中制备的改性树脂基体为基体材料，制备横向纤维束拉伸(TFBT)复合材料和丝束拔出(FBPO)复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法，其特征在于，纳米粒子为羧基化碳纳米管、胺基化碳纳米管、硅烷化碳纳米管、羧基化氧化石墨烯或羧基化蒙脱土。

3.根据权利要求1所述一种高界面强度和强界面导电性的碳纤维增强复合材料及其制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备改性碳纤维：

通过水热自组装方法，将纳米粒子加入到乙二醇中，超声分散0.5-1h，然后将混合均匀的乙二醇-纳米粒子溶液和碳纤维转移至水热反应釜中，压力为1-2MPa，采用“高-低”两段式温度进行反应，先在160-180℃的鼓风烘箱中反应4-7h，然后在100-120℃的鼓风烘箱中反应4-6h；

(2)制备改性树脂基体：

①将纳米粒子加入到环氧树脂中，通过高压多级乳化泵进行“低-高-低”变压式混合分散，分散条件为：10-13MPa/10-15min+17-20MPa/20-30min+10-13MPa/10-15min，制得改性环氧树脂；

②向步骤①制得的改性环氧树脂中加入胺类固化剂、促进剂，进行机械搅拌混合，混合条件：油浴温度30-70℃、搅拌速度600-1000r/min、搅拌时间30-60min，制得改性树脂基体；

(3)复合材料的制备：

a)TFBT复合材料的制备

将步骤(1)中制备的改性碳纤维嵌入自制的硅胶模具中，在70-100℃的鼓风烘箱中预热20-40min，将步骤(2)中制备的改性树脂基体浇注到预热后的硅胶模具中，真空脱泡0.5-1h后，采用梯度升温的固化方式，在80-100℃下固化1-2h、110-130℃下固化1-2h、140-160℃下固化2-3h，冷却至室温；

b)FBPO复合材料的制备

将步骤(1)中制备的改性碳纤维的一端包埋在步骤(2)中制备的改性树脂基体中，包埋的深度为2-3mm，采用同步骤a)中相同的固化方式进行固化。

Images