CN114541139A - 改性碳纤维材料及其制备方法，阻燃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性碳纤维材料及其制备方法，阻燃材料及其制备方法。本发明的改性碳纤维材料包括米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料，阻燃纳米填料通过偶联剂连接并分布在米氏酸表面改性的碳纤维表面。应用本发明的技术方案，通过米氏酸表面改性的碳纤维表面活性更高，更有利于后续阻燃纳米填料在其表面的连接与分布。同时，米氏酸表面改性的碳纤维力学性能无减耗，因此，有利于保证碳纤维力学性能。偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维中，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料领域，具体而言，涉及一种改性碳纤维材料及其制备方法，阻燃材料及其制备方法。
背景技术
碳纤维/树脂基复合材料是具有轻质、高强度等特点的新一代结构材料，在汽车、航空航天、工业轨道交通等领域有着良好的应用，但是碳纤维/树脂基复合材料中高分子树脂耐高温性差、点火点低，这使得碳纤维/树脂基复合材料的应用受到限制。因此，有必要提高碳纤维/树脂基复合材料的阻燃性能，从而提高产品的安全性，拓宽碳纤维在未来的应用局限。
目前，提高碳纤维/树脂基复合材料的阻燃性能主要是通过向高分子树脂基体中添加有机或无机阻燃剂来进行阻燃改性。但是，向高分子树脂基体中添加有机或无机阻燃剂会促使树脂物理特性发生改变，同时使得碳纤维与树脂之间界面浸润性变差，从而导致碳纤维/树脂基复合材料整体力学性能降低，影响碳纤维/树脂基复合材料的实际应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种改性碳纤维材料及其制备方法，阻燃材料及其制备方法，以解决现有技术中碳纤维/树脂基复合材料无法同时兼顾阻燃性能和力学性能的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种改性碳纤维材料。改性碳纤维材料包括米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料，阻燃纳米填料通过偶联剂连接并分布在米氏酸表面改性的碳纤维表面。
进一步地，米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料的重量比为(10～15)：1。
进一步地，米氏酸表面改性的碳纤维通过米氏酸对碳纤维表面进行氧化改性得到。
进一步地，改性碳纤维材料为面密度为200～500g/m2的织物。
进一步地，阻燃纳米填料为碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、二氧化硅中的一种或多种。
进一步地，偶联剂为硅烷偶联剂，优选为KH550、KH560、KH570中的一种或多种。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种改性碳纤维材料的制备方法。包括以下步骤：S1，将碳纤维浸渍于米氏酸和第一溶剂的混合溶液中，以对碳纤维进行氧化改性，得到米氏酸表面改性的碳纤维；S2，将米氏酸表面改性的碳纤维、阻燃纳米填料、偶联剂和第二溶剂混合并进行反应，得到硅烷偶联剂改性的阻燃纳米填料。
进一步地，步骤S1中：混合溶液中，米氏酸的浓度为0.01～0.03g/mL；米氏酸和碳纤维的重量比为(1～3):(10～20)；优选地，氧化改性过程的处理时间为1～3h；优选地，第一溶剂为乙醇、丙酮中的一种或多种。
进一步地，步骤S2包括：将阻燃纳米填料、偶联剂和第三溶剂混合并反应，然后固液分离，得到偶联剂改性阻燃纳米填料；将偶联剂改性阻燃纳米填料分散于第二溶剂中形成悬浮液；将米氏酸表面改性的碳纤维加至悬浮液中并反应，得到改性碳纤维材料；优选地，偶联剂与阻燃纳米填料的重量比为(1～2)：(5～8)且相对于每毫升第三溶剂，偶联剂的用量为0.02～0.04g；优选地，悬浮液中偶联剂改性阻燃纳米填料的浓度为0.01～0.03g/mL；米氏酸表面改性的碳纤维和偶联剂改性阻燃纳米填料的重量比为(10～15)：1；优选地，偶联剂为硅烷偶联剂，更优选为KH550、KH560、KH570中的一种或多种；优选地，第二溶剂和第三溶剂各自独立地为乙醇、丙酮中的一种或多种。
进一步地，将阻燃纳米填料、偶联剂和第三溶剂混合并反应的步骤包括：在第三溶剂中加入盐酸，调节pH值为4.5～5.5，然后加入偶联剂，得到偶联剂溶液；将阻燃纳米填料加至偶联剂溶液中，并超声分散60～90min，然后在60～80℃温度下反应4～6h，最后进行固液分离步骤，得到偶联剂改性阻燃纳米填料。
进一步地，将偶联剂改性阻燃纳米填料分散于第二溶剂的步骤包括：在第二溶剂中加入盐酸，调节pH值为4.5～5.5，然后加入偶联剂改性阻燃纳米填料，并超声分散，得到悬浮液。
进一步地，将米氏酸表面改性的碳纤维加至悬浮液中并反应的步骤中，反应温度为25～60℃，反应时间为2～3h。
根据本发明的另一方面，提供了一种阻燃材料。包括热固性树脂基体和复合并分布在热固性树脂基体中的碳纤维材料，且碳纤维为前述的改性碳纤维材料。
进一步地，热固性树脂基体与改性碳纤维的重量比为(3～5)：(5～7)。
进一步地，改性碳纤维材料为面密度200～500g/m2的织物，改性碳纤维在热固性树脂基体中的铺设层数为10～16层。
进一步地，热固性树脂基体的材料选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂中的一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种阻燃材料的制备方法。包括将前述改性碳纤维材料、热固性树脂和固化剂通过成型、固化进行复合，得到阻燃材料。
进一步地，成型过程采用VARTM成型工艺，或真空袋压工艺，或热压罐成型工艺。
进一步地，热固性树脂和固化剂的重量比为(3～5)：(1～2)；优选地，固化过程中的固化温度为80～150℃，固化时间为2～6h。
应用本发明的技术方案，米氏酸表面改性的碳纤维，其表面活性更高，更有利于后续阻燃纳米填料在其表面的连接与分布。同时，相对比与用浓硫酸、浓硝酸、盐酸对纤维表面改性会对纤维自身力学性能产生破坏，米氏酸表面改性的碳纤维力学性能无减耗，因此，有利于保证碳纤维力学性能。偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维中，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。直接应用本发明的改性碳纤维材料，一方面，可以通过改性碳纤维与热固性树脂基体的界面处形成的均匀阻燃保护层对基体的起阻燃屏障作用，从而提高材料整体的阻燃性能。另一方面，无需在热固性树脂中添加外加阻燃剂，不会改变树脂本体的物理特性，也不影响改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性，从而促使材料的力学性能更佳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中碳纤维/树脂基复合材料无法同时兼顾阻燃性能和力学性能。
为了解决这一问题，本发明提供了一种改性碳纤维材料，改性碳纤维材料包括米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料，阻燃纳米填料通过偶联剂连接并分布在米氏酸表面改性的碳纤维表面。
米氏酸表面改性的碳纤维，其表面活性更高，更有利于后续阻燃纳米填料在其表面的连接与分布。同时，相对比与用浓硫酸、浓硝酸、盐酸对纤维表面改性会对纤维自身力学性能产生破坏，米氏酸表面改性的碳纤维力学性能无减耗，因此，有利于保证碳纤维力学性能。偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维中，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。总之，本发明的改性碳纤维材料在阻燃性能更佳的基础上力学性能也佳。直接应用本发明的改性碳纤维材料，一方面，可以通过改性碳纤维与热固性树脂基体的界面处形成的均匀阻燃保护层对基体的起阻燃屏障作用，从而提高材料整体的阻燃性能。另一方面，无需在热固性树脂中添加外加阻燃剂，不会改变树脂本体的物理特性，也不影响改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性，从而促使材料的力学性能更佳。
优选地，米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料的重量比为(10～15)：1。在此范围内，在米氏酸表面改性的碳纤维表面上形成的纳米阻燃保护层更稳定，和米氏酸表面改性的碳纤维连接的更牢固，促使改性碳纤维材料的力学性能更佳。同时，阻燃纳米填料颗粒在米氏酸表面改性的碳纤维表面上的分散效果更好，好的分散性促使纳米阻燃保护层更完整，改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
在一种优选的实施方案中，米氏酸表面改性的碳纤维通过米氏酸对碳纤维表面进行氧化改性得到。相对比与用浓硫酸、浓硝酸、盐酸对纤维表面改性会对纤维自身力学性能产生破坏，米氏酸表面改性的碳纤维力学性能无减耗，因此，有利于保证碳纤维力学性能。
优选地，改性碳纤维材料为面密度为200～500g/m2的织物，后续改性碳纤维材料在热固性树脂基体中可以形成更均匀的网络结构，对热固性树脂基体的阻燃屏障作用更佳，促使材料的阻燃性能更佳，同时，材料的力学性能也无任何减耗。
阻燃纳米填料优选为碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、二氧化硅中的一种或多种。上述阻燃纳米填料燃烧时会形成相应的石墨状碳、氧化硅类的无机氧化物复合层，隔气隔热效果更佳，阻燃效果更佳。同时，上述阻燃纳米填料尺寸更佳，在米氏酸表面改性的碳纤维表面上的分散效果更好，好的分散性促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
基于促使米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料偶联效果更好的目的，偶联剂为硅烷偶联剂，比如可以是氨基硅烷、环氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等，更优选为KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH560(γ-缩水甘油醚氨丙基三甲氧基硅烷)、KH570(γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷)中的一种或多种。偶联剂选自上述种类，阻燃纳米填料在米氏酸表面改性的碳纤维表面上连接效果更佳，形成的纳米阻燃保护层更稳定，改性碳纤维材料的力学性能更佳。同时，阻燃纳米填料颗粒连接在米氏酸表面改性的碳纤维表面上的数量更多，且在表面改性的碳纤维表面上分布分散效果更好，促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
本发明还提供了一种改性碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将碳纤维浸渍于米氏酸和第一溶剂的混合溶液中，以对碳纤维进行氧化改性，得到米氏酸表面改性的碳纤维；S2，将米氏酸表面改性的碳纤维、阻燃纳米填料、偶联剂和第二溶剂混合并进行反应，得到硅烷偶联剂改性的阻燃纳米填料。
用米氏酸对碳纤维进行氧化改性，促使其表面活性更高，更有利于后续和阻燃纳米填料进行反应。同时，相对比与用浓硫酸、浓硝酸、盐酸对纤维表面改性会对纤维自身力学性能产生破坏，用米氏酸进行表面改性的碳纤维力学性能无减耗，力学性能更佳。用偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维表面，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。总之，通过本发明的制备方法制得的改性碳纤维材料，阻燃性能更佳，力学性能也更佳。本发明制备的改性碳纤维材料，可以与热固性树脂基体在界面处形成均匀的阻燃保护层，对基体起阻燃屏障作用，从而提高材料整体的阻燃性能。同时，不会改变树脂本体的物理特性，也不影响改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性，促使材料的力学性能更佳。另外，本发明的制备方法更简单，工艺流程更容易操作，对环境无污染。
优选地，步骤S1的混合溶液中，米氏酸的浓度为0.01～0.03g/mL；米氏酸和碳纤维的重量比为(1～3):(10～25)。在此范围内，米氏酸对碳纤维表面的改性效果更好，得到的米氏酸表面改性的碳纤维表面活性更高，更有利于后续和阻燃纳米填料进行反应。同时，得到的米氏酸表面改性的碳纤维力学性能更佳。优选地，氧化改性过程的时间为1～3h，第一溶剂为乙醇、丙酮中的一种或多种，在此反应条件下，氧化改性反应更稳定。
优选地，步骤S2包括将阻燃纳米填料、偶联剂和第三溶剂混合并反应，然后固液分离，得到偶联剂改性阻燃纳米填料；将偶联剂改性阻燃纳米填料分散于第二溶剂中形成悬浮液；将米氏酸表面改性的碳纤维加至悬浮液中并反应，得到改性碳纤维材料。经过上述步骤，阻燃纳米填料更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
在一种优选的实施方案中，偶联剂与阻燃纳米填料的重量比为(1～2):(5～8)；且相对于每毫升第三溶剂，偶联剂的用量为0.02～0.04g；悬浮液中偶联剂改性阻燃纳米填料的浓度为0.01～0.03g/mL；米氏酸表面改性的碳纤维和偶联剂改性阻燃纳米填料的重量比为(10～15)：1；偶联剂为硅烷偶联剂，更优选为KH550、KH560、KH570中的一种或多种；第二溶剂和第三溶剂分别为乙醇、丙酮中的一种或多种。在此优选的实施方案下，在米氏酸表面改性的碳纤维表面上形成的纳米阻燃保护层更稳定，和米氏酸表面改性的碳纤维连接的更牢固，促使改性碳纤维材料的力学性能更佳。同时，阻燃纳米填料颗粒在米氏酸表面改性的碳纤维表面上的分散效果更好，好的分散性促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
在一种优选的实施方案中，将阻燃纳米填料、偶联剂和第三溶剂混合并反应的步骤包括：在第三溶剂中加入盐酸，调节pH值为4.5～5.5，然后加入偶联剂，得到偶联剂溶液；将阻燃纳米填料加至偶联剂溶液中，并超声分散60～90min，然后在60～80℃温度下反应4～6h，最后进行固液分离步骤，得到偶联剂改性阻燃纳米填料。在此优选的实施方案下，偶联剂和阻燃纳米填料的连接效果更好，得到的偶联剂改性阻燃纳米填料收率更高，更有利于后续偶联剂改性阻燃纳米填料和米氏酸表面改性的碳纤维的连接，促使更多的阻燃纳米填料连接在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上，形成的纳米阻燃保护层结构更稳固，进而促使改性碳纤维材料的力学性能更佳。同时，更多的阻燃纳米填料更好地分散在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上，促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
在一种优选的实施方式中，将偶联剂改性阻燃纳米填料分散于第二溶剂的步骤包括在第二溶剂中加入盐酸，调节pH值为4.5～5.5，然后加入偶联剂改性阻燃纳米填料，并超声分散，得到悬浮液。在该pH值条件下形成的悬浮液更稳定，填料分散更好，在后续的偶联反应时能够在米氏酸表面改性的碳纤维表面更均匀地分布并连接固定。
优选地，将米氏酸表面改性的碳纤维加至悬浮液中并反应的步骤中，反应温度为25～60℃；反应时间为2～3h。在此反应条件下，偶联反应更稳定，得到的改性碳纤维材料收率更高。同时，连接到米氏酸表面改性的碳纤维表面上的阻燃纳米填料更稳定，分散度也更好，改性碳纤维材料的阻燃性能更佳，力学性能也佳。
本发明还提供了一种阻燃材料，包括热固性树脂和分布在其中的碳纤维材料，且碳纤维为前述的改性碳纤维材料。
基于前文各项原因，米氏酸表面改性的碳纤维，其表面活性更高，更有利于后续阻燃纳米填料在其表面的连接与分布，同时，力学性能也较佳。偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维表面，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。将前述改性碳纤维材料分布在热固性树脂中，可以在改性碳纤维与热固性树脂基体的界面处形成一层均匀的阻燃保护层，并通过改性碳纤维在热固性树脂基体中均匀的网络结构更大程度上发挥保护层对基体的阻燃屏障作用，从而提高材料整体的阻燃性能。同时，直接应用上述改性碳纤维材料，无需在热固性树脂中添加外加阻燃剂，一方面不影响改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性，另一方面也不会改变树脂本体的物理特性，从而促使材料的力学性能更佳。总之，本发明的阻燃材料，阻燃效果更佳，力学性能也更佳。
优选地，热固性树脂与改性碳纤维的重量比为(3～5)：(5～7)。在此范围内，纳米颗粒在改性碳纤维与热固性树脂基体的界面处形成的阻燃保护层更均匀，更稳定，阻燃屏障作用效果更好，材料整体的阻燃性能更佳。更优选地，改性碳纤维材料为面密度200～500g/m2的织物，改性碳纤维铺设层数为10～16层。热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂中的一种。这样，改性碳纤维材料在热固性树脂基体中可以形成更均匀的网络结构，对热固性树脂基体的阻燃屏障作用更佳，促使材料的阻燃性能更佳，同时，材料的力学性能也无任何减耗。
本发明还提供了一种阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：将前述的改性碳纤维材料、热固性树脂和固化剂通过成型、固化进行复合，得到阻燃材料。
基于前文各项原因，米氏酸表面改性的碳纤维，其表面活性更高，更有利于后续阻燃纳米填料在其表面的连接与分布，同时，力学性能也较佳。偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维表面，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。将前述改性碳纤维材料、热固性树脂和固化剂通过成型、固化进行复合，得到阻燃材料，可以在阻燃材料的界面处形成一层均匀的阻燃保护层，并通过改性碳纤维在热固性树脂基体中均匀的网络结构更大程度上的发挥保护层对基体的阻燃屏障作用，从而提高复合材料整体的阻燃性能。同时，形成的界面处的这种阻燃保护层还增强了改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性，从而促使材料的力学性能更佳。总之，通过本发明的制备方法制得的阻燃材料，阻燃效果更佳，力学性能也更佳。同时，这种制备方法更简单，工艺流程更容易操作，对环境无污染。
优选地，成型过程采用VARTM成型工艺，或真空袋压工艺，或热压罐成型工艺。基于上述成型工艺，改性碳纤维和热固性树脂的复合效果更好，形成的界面处的这种阻燃保护层更稳定，阻燃屏障效果更好，改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性更好，得到的阻燃材料阻燃性能更佳，力学性能更加。
在一种优选的实施方案中，热固性树脂和固化剂的重量为(3～5)：(1～2)；固化过程中的固化温度为80～150℃，固化时间为2～6h。在此条件下，改性碳纤维和热固性树脂的复合固化更稳定，形成的界面处的阻燃保护层更稳定，阻燃屏障效果更好，得到的阻燃材料阻燃性能更佳。同时，改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性更好，得到的阻燃材料力学性能也更佳。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
将去浆碳纤维织物(CF)室温下浸渍于浓度为0.01g/ml米氏酸和乙醇的混合溶液中，以对碳纤维进行氧化改性，室温下氧化改性过程的时间为1h，之后用去离子水清洗3次，在烘箱中80℃烘干得到米氏酸改性的碳纤维(MI-CF)；其中，米氏酸和碳纤维的重量比为1:10。
在无水乙醇中加入稀盐酸，调节pH值为4.5，加入硅烷偶联剂KH560搅拌2min，使KH560充分水解，配制成偶联剂溶液；其中，每毫升偶联剂溶液中KH560的用量为0.02g；将阻燃纳米填料有机蒙脱土填料(MMT，粒径范围20～30)加至上述偶联剂溶液中，并超声分散60min，然后在60℃温度下搅拌反应4h，之后冷却至室温，用丙酮进行洗涤，除去未反应的KH560，再进行真空抽滤，随后在80℃进行真空干燥，得到KH560改性有机蒙脱土(KH-MMT)；其中，偶联剂与阻燃纳米填料的重量比为1:5。
在无水乙醇溶液中加入盐酸，调节pH值为4.5，然后加入KH-MMT，进行超声分散20min，形成悬浮液，悬浮液中偶联剂改性阻燃纳米填料的浓度为0.01g/mL，之后将MI-CF浸渍在25℃的悬浮液中2h，再用去离子水清洗3次，随后在80℃进行真空干燥，得到改性碳纤维材料(MMT-CF)；其中，米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料的重量比为10:1。
将改性碳纤维材料(MMT-CF)、YPH160环氧树脂和固化剂通过VARTM成型工艺进行阻燃材料的制备，其中MMT-CF织物面密度为300g/m2，改性碳纤维材料铺设层数为10层，YPH160环氧树脂与改性碳纤维的重量比为4:6，YPH160环氧树脂与固化剂的重量比为3:1，固化过程中的固化温度为80℃，固化时间为2h。
实施例2
和实施例1的区别仅在于阻燃纳米填料为羧基化多壁碳纳米管(CNT)。
实施例3
和实施例1的区别仅在于阻燃纳米填料为氧化石墨烯(GO)。
实施例4
和实施例1的区别仅在于阻燃纳米填料为纳米二氧化硅颗粒(NS)。
实施例5
将去浆碳纤维织物(CF)室温下浸渍于浓度为0.01g/ml米氏酸和乙醇的混合溶液中，以对碳纤维进行氧化改性，室温下氧化改性过程的时间为1h，之后用去离子水清洗5次，在烘箱中100℃烘干得到米氏酸改性的碳纤维(MI-CF)；其中，米氏酸和碳纤维的重量比为3:20。
在无水乙醇中加入稀盐酸，调节pH值为5.5，加入硅烷偶联剂KH550搅拌3min，使KH550充分水解，配制成偶联剂溶液；其中，每毫升偶联剂溶液中KH550的用量为0.02g；将阻燃纳米填料纳米二氧化硅颗粒(NS)加至上述偶联剂溶液中，并超声分散90min，然后在60℃温度下搅拌反应6h，之后冷却至室温，用丙酮进行洗涤，除去未反应的KH550，再进行真空抽滤，随后在80℃进行真空干燥，得到KH550改性的碳纳米管(KH-NS)；其中，偶联剂与阻燃纳米填料的重量比为1:5。
在无水乙醇溶液中加入盐酸，调节pH值为5.5，然后加入KH-NS，进行超声分散20～30min，形成悬浮液，悬浮液中偶联剂改性阻燃纳米填料的浓度为0.01g/mL，之后将MI-CF浸渍在25～60℃的悬浮液中2.5h，再用去离子水清洗4次，随后在80℃进行真空干燥，得到改性碳纤维材料(NS-CF)；其中，米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料的重量比为10:1。
将YPH160环氧树脂胶膜贴于改性碳纤维材料(NS-CF)表面，制成面密度为330g/m2预浸料，将预浸料铺设成层数为10层的层压板，用热压罐成型工艺进行固化，固化过程中的固化温度为150℃，固化时间为6h，固化过程中的压为0.6MPa；其中，YPH160环氧树脂与改性碳纤维的重量比为4:6，YPH160环氧树脂与固化剂的重量比为3:1。
实施例6
和实施例1的区别仅在于米氏酸的浓度为0.03g/mL。
实施例7
和实施例1的区别仅在于米氏酸的浓度为0.02g/mL。
实施例8
和实施例1的区别仅在于米氏酸的浓度为0.015g/mL。
实施例9
和实施例1的区别仅在于氧化改性过程的处理时间为2h。
实施例10
和实施例1的区别仅在于将米氏酸表面改性的碳纤维加至悬浮液中并反应的步骤中，反应时间为3h。
实施例11
和实施例1的区别仅在于米氏酸表面改性的碳纤维和偶联剂改性阻燃纳米填料的重量比为15:1。
对比例1
和实施例1的区别仅在于直接将去浆碳纤维织物(CF)与YPH160环氧树脂复合，YPH160环氧树脂与碳纤维的重量比为4:6，得到碳纤维/环氧树脂复合材料。
对比例2
和实施例1的区别仅在于将去浆碳纤维织物(CF)室温下浸渍于浓度为68％的浓硝酸溶液中，以对碳纤维进行改性。
对比例3
和实施例1的区别仅在于首先将偶联剂改性的有机蒙脱土纳米填料直接加入YPH160环氧树脂中，混料机混合均匀，再与去浆碳纤维织物(CF)进行复合，期中YPH160环氧树脂与碳纤维的重量比为4:6，得到碳纤维/环氧树脂复合材料。
性能表征：
(一)极限氧指数测试：临界氧指数分析仪，型号Ttech-GBT2406-4，测试方法参照JT/T1095-2016。
(二)水平燃烧测试：汽车内饰材料燃烧特性检测系统，型号H1012D，测试方法参考GB8410-2006。
(三)拉伸强度测试：电子万能试验机，型号UTM5105，测试方法参考ASTM标准：D3039-07。
(四)弯曲强度测试：电子万能试验机，型号UTM5105，测试方法参考ASTM标准：D7264-07。
(五)层间剪切测试：电子万能试验机，型号UTM5105，测试方法参考ASTM标准：D4255-01。
测试结果如下表1所示：(其中，实施例1至11、对比例2、对比例3所得的碳纤维/环氧树脂复合材料性能拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度的提升百分比数值的相对对象均是对比例1)
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
由实施例1至10及对比例1至3的数据可知，米氏酸表面改性的碳纤维，其表面活性更高，更有利于后续阻燃纳米填料在其表面的连接与分布，同时，力学性能也较佳。偶联剂作为“桥梁”将阻燃纳米填料引入到米氏酸表面改性的碳纤维表面，在米氏酸表面改性的碳纤维的表面上形成纳米阻燃保护层，使得阻燃纳米填料颗粒更均匀的分散在米氏酸表面改性的碳纤维表面上，好的分散效果促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。将前述改性碳纤维材料、热固性树脂和固化剂通过成型、固化进行复合，得到阻燃材料，可以在阻燃材料的界面处形成一层均匀的阻燃保护层，并通过改性碳纤维在热固性树脂基体中均匀的网络结构更大程度上的发挥保护层对基体的阻燃屏障作用，从而提高复合材料整体的阻燃性能。同时，形成的界面处的这种阻燃保护层还增强了改性碳纤维与热固性树脂基体的界面浸润性，从而促使材料的力学性能更佳。总之，通过本发明的制备方法制得的阻燃材料，阻燃效果更佳，力学性能也更佳。同时，这种制备方法更简单，工艺流程更容易操作，对环境无污染。
特别的是，米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料的重量比为(10～15)：1。在此范围内，在米氏酸表面改性的碳纤维表面上形成的纳米阻燃保护层更稳定，和米氏酸表面改性的碳纤维连接的更牢固，促使改性碳纤维材料的力学性能更佳。同时，阻燃纳米填料颗粒在米氏酸表面改性的碳纤维表面上的分散效果更好，好的分散性促使纳米阻燃保护层更完整，改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
更特别的是，阻燃纳米填料优选为碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、二氧化硅中的一种或多种。上述阻燃纳米填料燃烧时会形成相应的石墨状碳、氧化硅类的无机氧化物复合层，隔气隔热效果更佳，阻燃效果更佳。同时，上述阻燃纳米填料尺寸更佳，在米氏酸表面改性的碳纤维表面上的分散效果更好，好的分散性促使改性碳纤维材料的阻燃性能更佳。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改性碳纤维材料，其特征在于，所述改性碳纤维材料包括米氏酸表面改性的碳纤维和阻燃纳米填料，所述阻燃纳米填料通过偶联剂连接并分布在所述米氏酸表面改性的碳纤维表面。
2.根据权利要求1中所述的改性碳纤维材料，其特征在于，所述米氏酸表面改性的碳纤维和所述阻燃纳米填料的重量比为(10～15)：1。
3.根据权利要求1或2所述的改性碳纤维材料，其特征在于，所述阻燃纳米填料为碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、二氧化硅中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的改性碳纤维材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的改性碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将碳纤维浸渍于米氏酸和第一溶剂的混合溶液中，以对所述碳纤维进行氧化改性，得到米氏酸表面改性的碳纤维；
S2，将所述米氏酸表面改性的碳纤维、阻燃纳米填料、偶联剂和第二溶剂混合并进行反应，得到硅烷偶联剂改性的阻燃纳米填料。
6.根据权利要求5所述的改性碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中：
所述混合溶液中，所述米氏酸的浓度为0.01～0.03g/mL，所述米氏酸和所述碳纤维的重量比为(1～3):(10～20)，所述氧化改性过程的处理时间为1～3h，所述第一溶剂为乙醇、丙酮中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的改性碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
将所述阻燃纳米填料、所述偶联剂和第三溶剂混合并反应，然后固液分离，得到偶联剂改性阻燃纳米填料；
将所述偶联剂改性阻燃纳米填料分散于所述第二溶剂中形成悬浮液；
将所述米氏酸表面改性的碳纤维加至所述悬浮液中并反应，反应温度为25～60℃，反应时间为2～3h，得到所述改性碳纤维材料；
其中，所述偶联剂与所述阻燃纳米填料的重量比为(1～2):(5～8)且相对于每毫升所述第三溶剂，所述偶联剂的用量为0.02～0.04g，所述悬浮液中所述偶联剂改性阻燃纳米填料的浓度为0.01～0.03g/mL，所述第二溶剂和所述第三溶剂各自独立地为乙醇、丙酮中的一种或多种。
8.一种阻燃材料，其特征在于，包括热固性树脂基体和复合并分布在所述热固性树脂基体中的碳纤维材料，且所述碳纤维为权利要求1至4中任一项所述的改性碳纤维材料。
9.根据权利要求8所述的阻燃材料，其特征在于，所述热固性树脂基体与所述改性碳纤维的重量比为(3～5):(5～7)。
10.一种阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1至4中任一项所述的改性碳纤维材料、热固性树脂和固化剂通过成型、固化进行复合，得到所述阻燃材料。
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| CN202011365038.0A Pending CN114541139A (zh) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | 改性碳纤维材料及其制备方法，阻燃材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114541139A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115216970A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-21 | 南方科技大学 | 一种碳纤维的表面处理方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050049355A1 (en) * | 2002-02-20 | 2005-03-03 | Electrovac Fabrikation Elektrotechnischer Spezialartikel Gmbh | Flame retardant polymer composites and method of fabrication |
| CN105542448A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-05-04 | 上海普利特复合材料股份有限公司 | 一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法 |
| CN106957505A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-07-18 | 段小宁 | 一种环保型高阻燃性电力、交通电缆保护套管 |
| CN108794982A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-11-13 | 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 | 一种添加改性碳纳米管-碳纤维-复合型阻燃剂制备阻燃环氧树脂复合材料的方法 |
| CN109796725A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-24 | 南京航空航天大学 | 一种碳纤维表面化学接枝纳米SiO2增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-11-27 CN CN202011365038.0A patent/CN114541139A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050049355A1 (en) * | 2002-02-20 | 2005-03-03 | Electrovac Fabrikation Elektrotechnischer Spezialartikel Gmbh | Flame retardant polymer composites and method of fabrication |
| CN105542448A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-05-04 | 上海普利特复合材料股份有限公司 | 一种高性能的碳纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法 |
| CN106957505A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-07-18 | 段小宁 | 一种环保型高阻燃性电力、交通电缆保护套管 |
| CN108794982A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-11-13 | 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 | 一种添加改性碳纳米管-碳纤维-复合型阻燃剂制备阻燃环氧树脂复合材料的方法 |
| CN109796725A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-24 | 南京航空航天大学 | 一种碳纤维表面化学接枝纳米SiO2增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杜帅;何敏;刘玉飞;李莉萍;张道海;: "碳纤维表面改性研究进展", 纺织导报, no. 06, 8 June 2017 (2017-06-08) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115216970A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-21 | 南方科技大学 | 一种碳纤维的表面处理方法及应用 |
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