CN114316571A - 一种改性碳纤维高强度复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性碳纤维高强度复合材料及其制备方法，该复合材料的原料由以下材料组成：改性碳纤维15‑24份；TPU‑聚氨酯12‑15份；所述改性碳纤维的制作方法如下：首先将工件的模具外表面刷上一层环氧树脂胶，待固化之后，将准备好的石棉，取出三分之一份量，再放置在烘箱内再次收干，再次涂上环氧树脂，附上碳纤维膜，再次烘箱固化，制成改性碳纤维，备用；本发明通过在改性碳纤维上通过石棉丝的连接附着一层与其碳纤维表面镀层连接的韧性层，能够对碳纤维收到的骤然冲击，进行缓冲，通过在其上粘附了石棉，即使其破碎了，崩坏的碎片也不会飞溅，石棉丝能够很好的限制各部分的整体性。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种改性碳纤维高强度复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纤维由编织碳丝制成的织物，是直径约为5-10微米的纤维，主要由碳原子组成。碳纤维具有几个优点，包括高刚度、高抗拉强度、低重量、高耐化学性、耐高温和低热膨胀。这些特性使得碳纤维在航空航天、土木工程、军事和赛车运动以及其他竞赛运动中非常受欢迎。然而，与类似纤维如玻璃纤维或塑料纤维相比，它们相对昂贵，如申请号为CN201510696768.1的一种接枝改性碳纤维(CF)增强热塑性聚氨酯(TPU)复合材料及其制备方法，该复合材料的原料由以下重量份的材料组成：TPU树脂100份，改性碳纤维5～80份，无机填料10～20份，偶联剂0.5～5份，抗氧剂0.2～1份以及润滑剂0～3份。制备时首先对碳纤维进行电化学接枝改性处理，然后通过双螺杆挤出机，将改性碳纤维与TPU树脂等原料熔融共混，热压成型得到碳纤维增强TPU复合材料。与现有技术相比，本发明所得复合材料的综合性能提高，强度和刚性获得改善，磨耗有效降低，可更加广泛适用于齿轮、联轴节等工程部件和运动鞋底等民用领域。
而上述的技术材料，由于碳纤维本身的性质就很高，其本身高度很高，而基于材料而言，与韧性并存的材料才是好材料，碳纤维的硬度很高，但是韧性不强，如其发生破碎，就会产生大量的碎片，反而会增强他的破坏性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性碳纤维高强度复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改性碳纤维高强度复合材料，该复合材料的原料由以下重量份的材料组成：改性碳纤维15-24份；TPU-聚氨酯12-15份；
所述改性碳纤维的制作方法如下：首先将工件的模具外表面刷上一层环氧树脂胶，待固化之后，将准备好的石棉，取出三分之一份量，平铺在外层，再次在其上涂上混合了硬化剂的环氧树脂，置于红外线烘干灯下炙烤固化，再放置在烘箱内再次收干，再次涂上环氧树脂，附上碳纤维膜，再次烘箱固化，制成改性碳纤维，备用。
作为优选的，两次所述烘箱的温度设置在80-100℃，烘干时间控制在4-5小时。
作为优选的，三分之一的所述石棉在附上之前，将石棉制成根根分离的根状，并将长度切割至3-5cm。
作为优选的，所述硬化剂与环氧树脂的质量配比为5:1，并通过涡轮式搅拌器搅拌10-15s。
作为优选的，具体步骤如下：
S1：将上述聚甲基丙烯酸甲酯加入至液态后置于容器中，并将剩余三分之一份量的石棉丝混入其中，使用斜浆式搅拌器搅拌30-45min，直至石棉丝均匀的分布在液体内；
S2：将上述的液体中先导入偶联剂，先搅拌1-3min，进行偶联剂活性的激活；
S4：将剩余的三分之一份量的石棉丝，加工成石棉隔网状，并用环氧树脂喷涂，固化；
S5：先将氢氧化铝粉末与TPU-聚氨酯液体混合，混合时间为5-7min，在将其置于加热设备上在200-240℃的温度下搅拌1-1.5小时；
S6：将聚甲基丙烯酸甲酯混合的液体置于改性碳纤维上层，并使用浇筑隔板封边，固化后，在下层通过环氧树脂粘贴一层石棉网，固化后，在将上述的TPU-聚氨酯混合液附至其上，使其形成层类一体化结构。
作为优选的，步骤S2中偶联剂选用聚乙烯，其中，首先将聚乙烯中加入银离子激活液，将其偶联性充分激活。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过在改性碳纤维上通过石棉丝的连接附着一层与其碳纤维表面镀层连接的韧性层，能够对碳纤维收到的骤然冲击，进行缓冲，使碳纤维为基础的材料具备很高的韧性，从而增加了碳纤维的抗冲击里，从而能够增加其材料的强度，通过在其上粘附了石棉，即使其破碎了，崩坏的碎片也不会飞溅，石棉丝能够很好的限制各部分的整体性。
附图说明
图1为本发明的流程步骤示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
一种改性碳纤维高强度复合材料，该复合材料的原料由以下重量份的材料组成：改性碳纤维15份；TPU-聚氨酯12份；
所述改性碳纤维的制作方法如下：首先将工件的模具外表面刷上一层环氧树脂胶，待固化之后，将准备好的石棉，取出三分之一份量，平铺在外层，再次在其上涂上混合了硬化剂的环氧树脂，置于红外线烘干灯下炙烤固化，再放置在烘箱内再次收干，再次涂上环氧树脂，附上碳纤维膜，再次烘箱固化，制成改性碳纤维，备用。
两次所述烘箱的温度设置在80℃，烘干时间控制在4小时。
三分之一的所述石棉在附上之前，将石棉制成根根分离的根状，并将长度切割至3cm。
所述硬化剂与环氧树脂的质量配比为5:1，并通过涡轮式搅拌器搅拌10s。
其材料的具体制备方法，具体步骤如下：
S1：将上述聚甲基丙烯酸甲酯加入至液态后置于容器中，并将剩余三分之一份量的石棉丝混入其中，使用斜浆式搅拌器搅拌30min，直至石棉丝均匀的分布在液体内；
S2：将上述的液体中先导入偶联剂，先搅拌1min，进行偶联剂活性的激活，偶联剂选用聚乙烯，其中，首先将聚乙烯中加入银离子激活液，将其偶联性充分激活；
S4：将剩余的三分之一份量的石棉丝，加工成石棉隔网状，并用环氧树脂喷涂，固化；
S5：先将氢氧化铝粉末与TPU-聚氨酯液体混合，混合时间为5min，在将其置于加热设备上在200℃的温度下搅拌1小时；
S6：将聚甲基丙烯酸甲酯混合的液体置于改性碳纤维上层，并使用浇筑隔板封边，固化后，在下层通过环氧树脂粘贴一层石棉网，固化后，在将上述的TPU-聚氨酯混合液附至其上，使其形成层类一体化结构。
实施例2
一种改性碳纤维高强度复合材料，该复合材料的原料由以下重量份的材料组成：改性碳纤维24份；TPU-聚氨酯15份；
所述改性碳纤维的制作方法如下：首先将工件的模具外表面刷上一层环氧树脂胶，待固化之后，将准备好的石棉，取出三分之一份量，平铺在外层，再次在其上涂上混合了硬化剂的环氧树脂，置于红外线烘干灯下炙烤固化，再放置在烘箱内再次收干，再次涂上环氧树脂，附上碳纤维膜，再次烘箱固化，制成改性碳纤维，备用。
两次所述烘箱的温度设置在100℃，烘干时间控制在5小时。
三分之一的所述石棉在附上之前，将石棉制成根根分离的根状，并将长度切割至5cm。
所述硬化剂与环氧树脂的质量配比为5:1，并通过涡轮式搅拌器搅拌15s。
其材料的具体制备方法，具体步骤如下：
S1：将上述聚甲基丙烯酸甲酯加入至液态后置于容器中，并将剩余三分之一份量的石棉丝混入其中，使用斜浆式搅拌器搅拌45min，直至石棉丝均匀的分布在液体内；
S2：将上述的液体中先导入偶联剂，先搅拌3min，进行偶联剂活性的激活，偶联剂选用聚乙烯，其中，首先将聚乙烯中加入银离子激活液，将其偶联性充分激活；
S4：将剩余的三分之一份量的石棉丝，加工成石棉隔网状，并用环氧树脂喷涂，固化；
S5：先将氢氧化铝粉末与TPU-聚氨酯液体混合，混合时间为7min，在将其置于加热设备上在240℃的温度下搅拌1.5小时；
S6：将聚甲基丙烯酸甲酯混合的液体置于改性碳纤维上层，并使用浇筑隔板封边，固化后，在下层通过环氧树脂粘贴一层石棉网，固化后，在将上述的TPU-聚氨酯混合液附至其上，使其形成层类一体化结构。
实施例3
一种改性碳纤维高强度复合材料，该复合材料的原料由以下重量份的材料组成：改性碳纤维20份；TPU-聚氨酯13份；
所述改性碳纤维的制作方法如下：首先将工件的模具外表面刷上一层环氧树脂胶，待固化之后，将准备好的石棉，取出三分之一份量，平铺在外层，再次在其上涂上混合了硬化剂的环氧树脂，置于红外线烘干灯下炙烤固化，再放置在烘箱内再次收干，再次涂上环氧树脂，附上碳纤维膜，再次烘箱固化，制成改性碳纤维，备用。
两次所述烘箱的温度设置在93℃，烘干时间控制在4小时。
三分之一的所述石棉在附上之前，将石棉制成根根分离的根状，并将长度切割至4cm。
所述硬化剂与环氧树脂的质量配比为5:1，并通过涡轮式搅拌器搅拌12s。
其材料的具体制备方法，具体步骤如下：
S1：将上述聚甲基丙烯酸甲酯加入至液态后置于容器中，并将剩余三分之一份量的石棉丝混入其中，使用斜浆式搅拌器搅拌36min，直至石棉丝均匀的分布在液体内；
S2：将上述的液体中先导入偶联剂，先搅拌1.5min，进行偶联剂活性的激活，偶联剂选用聚乙烯，其中，首先将聚乙烯中加入银离子激活液，将其偶联性充分激活；
S4：将剩余的三分之一份量的石棉丝，加工成石棉隔网状，并用环氧树脂喷涂，固化；
S5：先将氢氧化铝粉末与TPU-聚氨酯液体混合，混合时间为6min，在将其置于加热设备上在233℃的温度下搅拌1.2小时；
S6：将聚甲基丙烯酸甲酯混合的液体置于改性碳纤维上层，并使用浇筑隔板封边，固化后，在下层通过环氧树脂粘贴一层石棉网，固化后，在将上述的TPU-聚氨酯混合液附至其上，使其形成层类一体化结构。
本发明通过在改性碳纤维上通过石棉丝的连接附着一层与其碳纤维表面镀层连接的韧性层，能够对碳纤维收到的骤然冲击，进行缓冲，使碳纤维为基础的材料具备很高的韧性，从而增加了碳纤维的抗冲击里，从而能够增加其材料的强度，通过在其上粘附了石棉，即使其破碎了，崩坏的碎片也不会飞溅，石棉丝能够很好的限制各部分的整体性。
Claims (6)
1.一种改性碳纤维高强度复合材料，其特征在于：该复合材料的原料由以下重量份的材料组成：改性碳纤维15-24份；TPU-聚氨酯12-15份；
所述改性碳纤维的制作方法如下：首先将工件的模具外表面刷上一层环氧树脂胶，待固化之后，将准备好的石棉，取出三分之一份量，平铺在外层，再次在其上涂上混合了硬化剂的环氧树脂，置于红外线烘干灯下炙烤固化，再放置在烘箱内再次收干，再次涂上环氧树脂，附上碳纤维膜，再次烘箱固化，制成改性碳纤维，备用。
2.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维高强度复合材料，其特征在于：两次所述烘箱的温度设置在80-100℃，烘干时间控制在4-5小时。
3.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维高强度复合材料，其特征在于：三分之一的所述石棉在附上之前，将石棉制成根根分离的根状，并将长度切割至3-5cm。
4.根据权利要求1所述的一种改性碳纤维高强度复合材料，其特征在于：所述硬化剂与环氧树脂的质量配比为5:1，并通过涡轮式搅拌器搅拌10-15s。
5.一种根据权利要求1-4任意一项所述的改性碳纤维高强度复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1：将上述聚甲基丙烯酸甲酯加入至液态后置于容器中，并将剩余三分之一份量的石棉丝混入其中，使用斜浆式搅拌器搅拌30-45min，直至石棉丝均匀的分布在液体内；
S2：将上述的液体中先导入偶联剂，先搅拌1-3min，进行偶联剂活性的激活；
S4：将剩余的三分之一份量的石棉丝，加工成石棉隔网状，并用环氧树脂喷涂，固化；
S5：先将氢氧化铝粉末与TPU-聚氨酯液体混合，混合时间为5-7min，在将其置于加热设备上在200-240℃的温度下搅拌1-1.5小时；
S6：将聚甲基丙烯酸甲酯混合的液体置于改性碳纤维上层，并使用浇筑隔板封边，固化后，在下层通过环氧树脂粘贴一层石棉网，固化后，在将上述的TPU-聚氨酯混合液附至其上，使其形成层类一体化结构。
6.根据权利要求5所述的一种改性碳纤维高强度复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中偶联剂选用聚乙烯，其中，首先将聚乙烯中加入银离子激活液，将其偶联性充分激活。
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