CN117777664A - 一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，包括以下配方比列：环氧树脂基体～45％、石墨烯～1％、硅胶微珠～3％、碳化硅颗粒～2％、聚合物增强剂～4％、热传导填料～2％、表面活性剂～0.5％和抗氧化剂～1％。本发明将碳纤维与环氧树脂复合使用能够显著增强环氧树脂组合物的力学性能，碳纤维的优异特性使得其成为优秀的增强材料，在复合材料中可以提供出色的强度和刚度，有助于制成轻量、高强度的零件和结构。
Description
技术领域
本发明涉及环氧树脂领域，具体为一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
背景技术
环氧树脂是一种高分子聚合物是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂，双酚A型环氧树脂不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高。
在传统的碳纤维缠绕中，通常使用环氧树脂作为基体材料。然而，这种组合也存在一些缺陷，具体包括：
1.脆性：环氧树脂在一些情况下可能表现出较高的脆性，尤其是在极低温度下，可能导致碳纤维复合材料在极端条件下易碎。
2.生产周期长：传统的碳纤维缠绕制造过程可能需要较长的时间，可能导致生产效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，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：
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，包括以下配方比列：
环氧树脂基体～45％、石墨烯～1％、硅胶微珠～3％、碳化硅颗粒～2％、聚合物增强剂～4％、热传导填料～2％、表面活性剂～0.5％和抗氧化剂～1％。
进一步的，所述环氧树脂组合物按照高强度和耐热性配比组合如下：
环氧树脂基体～40％、碳纤维～25％、石墨烯～3％、热稳定剂～5％、抗氧化剂～1％、表面活性剂～1％、聚合物增强剂～6％。
进一步的，所述环氧树脂组合物按照导热性能优越配比组合如下：
环氧树脂基体～50％、碳纤维～20％、纳米粒子～4％、热稳定剂～3％、石墨烯～2％、硅胶微珠～6％、热传导填料～5％、抗氧化剂～2％、表面活性剂～1％和聚合物增强剂～7％。
进一步的，所述环氧树脂组合物按照轻质高强度配比组合如下：
环氧树脂基体～35％、碳纤维～30％、石墨烯～2％、热稳定剂～4％、硅胶微珠～8％、聚合物增强剂～6％、抗氧化剂～1.5％、表面活性剂～1.5％和热传导填料～7％。
进一步的，所述环氧树脂组合物按照生产效率和低成本配比组合如下：
环氧树脂基体～55％、石墨烯～1％、硅胶微珠～6％、聚合物增强剂～4％、表面活性剂～2％、抗氧化剂～2％、热传导填料～2％和热稳定剂～1％。
进一步的，所述环氧树脂组合物在制备前，需准备所有配方中的材料，然后将对环氧树脂进行预处理，确保其适当搅拌和去气。
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，原材料准备与混合：准备环氧树脂基体、石墨烯、硅胶微珠、碳化硅颗粒、聚合物增强剂、热传导填料、表面活性剂和抗氧化剂，按给定的配方比例，把这些成分混合在一起制作成树脂混合物；
步骤S2，树脂预浸：在碳纤维的表面涂上混合好的树脂混合物，让纤维充分吸收，保证树脂在纤维上均匀分布；
步骤S3，湿式缠绕：把预浸的碳纤维缠绕到模具上，控制好纤维的张力和模具的转速，可以得到均匀而且结构紧密的缠绕产品；
步骤S4，固化：将缠绕完成的产品放入热固化炉中进行固化，固化温度和时间需要根据具体的树脂系统来决定，在固化过程中，环氧树脂会形成硬化的网络结构，提升复合材料的机械性能；
步骤S5，后处理和检测：经过固化后的产品需要进行后处理，包括打磨、切割或者涂装，最后进行性能检测，确认产品满足设计要求。
进一步的，所述环氧树脂组合物在制备后，首先，需要进行热处理，根据材料要求进行相应的热处理步骤，接着，对制备好的样品进行表面处理，包括切割、研磨和涂层，最后，进行各种性能测试，包括力学性能、导热性能、耐热性等，以验证材料是否满足设计要求。
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的实验方法，包括如下实验配方：
环氧树脂基体～Epon 828和碳纤维、纳米粒子～二氧化硅纳米粒子、表面活性剂、石墨烯～石墨烯纳米片、热稳定剂和抗氧化剂、热传导填料～碳化硅颗粒。
进一步的，包括如下步骤：
树脂预处理：将环氧树脂进行预处理，确保其流动性和除气；
纳米材料分散：在适当的溶剂中分散二氧化硅纳米粒子，使用超声波或搅拌器确保均匀分散；
混合树脂：在容器中添加环氧树脂；
添加液态添加剂：逐步添加表面活性剂，确保均匀混合；
添加增强材料：添加石墨烯，继续搅拌；
添加热稳定剂和抗氧化剂：添加热稳定剂和抗氧化剂，确保混合物的热稳定性；
添加热传导填料：添加碳化硅颗粒，继续搅拌；
去气处理：将混合物放入真空除气设备中，去除悬浮气泡；
湿式缠绕：在碳纤维的表面涂上混合好的树脂混合物，让纤维充分吸收，把预浸的碳纤维缠绕到模具上；
固化：根据环氧树脂的固化曲线，将样品放入固化炉中；
热处理：根据需要进行热处理步骤，提高材料性能；
表面处理：对制备好的样品进行表面处理，包括切割和研磨；
性能测试：进行力学性能、导热性能、耐热性等方面的测试，评估材料性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将碳纤维与环氧树脂复合使用能够显著增强环氧树脂组合物的力学性能，碳纤维的优异特性使得其成为优秀的增强材料，在复合材料中可以提供出色的强度和刚度，有助于制成轻量、高强度的零件和结构；
2、本发明中环氧树脂在固化后具有良好的耐热性和耐腐蚀性，这种特性可以与碳纤维的耐高温特性相结合，使得最终的复合材料具有出色的耐热性和耐腐蚀性，使得该材料适用于高温环境下的应用，同时能够抵抗化学物质对材料的侵蚀；
3、本发明将纳米粒子、热传导填料等在配方中的加入可以提高碳纤维缠绕用环氧树脂的导热性能，通过调节填料的类型和含量，可以改善材料的导热特性，使其更适用于需要良好热传导性能的应用场景。
附图说明
图1为本发明一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，包括以下配方比列：
环氧树脂基体～45％、石墨烯～1％、硅胶微珠～3％、碳化硅颗粒～2％、聚合物增强剂～4％、热传导填料～2％、表面活性剂～0.5％和抗氧化剂～1％。
本发明中，所述环氧树脂组合物按照高强度和耐热性配比组合如下：
环氧树脂基体～40％、碳纤维～25％、石墨烯～3％、热稳定剂～5％、抗氧化剂～1％、表面活性剂～1％、聚合物增强剂～6％；
本实施例中，高强度和耐热性的组合基于环氧树脂基体，碳纤维增加了结构的强度，而芳纶纤维则进一步提升了耐热性，石墨烯和碳纳米管的添加增强了导热性，同时热塑性树脂为材料提供了额外的耐高温性能，聚合物增强剂确保了整体韧性，而抗氧化剂和表面活性剂有助于防止氧化和改善材料的加工性能，这个配方的均衡性使其在高强度和耐热性方面都表现出色。
本发明中，所述环氧树脂组合物按照导热性能优越配比组合如下：
环氧树脂基体～50％、碳纤维～20％、纳米粒子～4％、热稳定剂～3％、石墨烯～2％、硅胶微珠～6％、热传导填料～5％、抗氧化剂～2％、表面活性剂～1％和聚合物增强剂～7％；
本实施例中，这个组合专注于提高导热性能，使其在需要高导热性的应用中表现卓越，环氧树脂基体为结构提供了稳定性，而碳纤维增加了强度，纳米粒子和热传导填料提高了整体的导热性，石墨烯增强了材料的导热性，而硅胶微珠降低了材料的密度，抗氧化剂和表面活性剂保护了材料免受氧化和提高了加工性能，而聚合物增强剂提供了额外的韧性。
本发明中，所述环氧树脂组合物按照轻质高强度配比组合如下：
环氧树脂基体～35％、碳纤维～30％、石墨烯～2％、热稳定剂～4％、硅胶微珠～8％、聚合物增强剂～6％、抗氧化剂～1.5％、表面活性剂～1.5％和热传导填料～7％；
本实施例中，这个组合注重轻质设计和高强度性能的结合，环氧树脂基体为材料提供了坚实的基础，而碳纤维增加了强度，石墨烯和芳纶纤维的添加提升了材料的性能，同时硅胶微珠降低了密度，聚合物增强剂提供了额外的韧性，抗氧化剂和表面活性剂有助于提高稳定性和加工性能，而热传导填料提高了导热性能。
本发明中，所述环氧树脂组合物按照生产效率和低成本配比组合如下：
环氧树脂基体～55％、石墨烯～1％、硅胶微珠～6％、聚合物增强剂～4％、表面活性剂～2％、抗氧化剂～2％、热传导填料～2％和热稳定剂～1％；
本实施例中，以生产效率和低成本为导向的组合采用了相对简单的成分，环氧树脂基体和碳纤维构成了主体，确保了结构的基本性能，热塑性树脂提高了加工性能，而硅胶微珠降低了密度，聚合物增强剂提供了一些韧性，而表面活性剂和抗氧化剂有助于提高稳定性，热传导填料和热稳定剂在维持基本性能的同时降低了制造成本，这个组合适用于对成本敏感的大规模生产。
实施例二
制备步骤：
环氧树脂组合物在制备前，需准备所有配方中的材料，然后将对环氧树脂进行预处理，确保其适当搅拌和去气。
制备步骤：
步骤S1，原材料准备与混合：准备环氧树脂基体、石墨烯、硅胶微珠、碳化硅颗粒、聚合物增强剂、热传导填料、表面活性剂和抗氧化剂，按给定的配方比例，把这些成分混合在一起制作成树脂混合物；
步骤S2，树脂预浸：在碳纤维的表面涂上混合好的树脂混合物，让纤维充分吸收，保证树脂在纤维上均匀分布；
步骤S3，湿式缠绕：把预浸的碳纤维缠绕到模具上，控制好纤维的张力和模具的转速，可以得到均匀而且结构紧密的缠绕产品；
步骤S4，固化：将缠绕完成的产品放入热固化炉中进行固化，固化温度和时间需要根据具体的树脂系统来决定，在固化过程中，环氧树脂会形成硬化的网络结构，提升复合材料的机械性能；
步骤S5，后处理和检测：经过固化后的产品需要进行后处理，包括打磨、切割或者涂装，最后进行性能检测，确认产品满足设计要求。
预处理步骤：
环氧树脂组合物在制备后，首先，需要进行热处理，根据材料要求进行相应的热处理步骤，接着，对制备好的样品进行表面处理，包括切割、研磨和涂层，最后，进行各种性能测试，包括力学性能、导热性能、耐热性等，以验证材料是否满足设计要求。
实施例三
实验配方：
环氧树脂基体～Epon 828和碳纤维、纳米粒子～二氧化硅纳米粒子、表面活性剂、石墨烯～石墨烯纳米片、热稳定剂和抗氧化剂、热传导填料～碳化硅颗粒。
实验步骤：
树脂预处理：将环氧树脂进行预处理，确保其流动性和除气；
纳米材料分散：在适当的溶剂中分散二氧化硅纳米粒子，使用超声波或搅拌器确保均匀分散；
混合树脂：在容器中添加环氧树脂；
添加液态添加剂：逐步添加表面活性剂，确保均匀混合；
添加增强材料：添加石墨烯，继续搅拌；
添加热稳定剂和抗氧化剂：添加热稳定剂和抗氧化剂，确保混合物的热稳定性；
添加热传导填料：添加碳化硅颗粒，继续搅拌；
去气处理：将混合物放入真空除气设备中，去除悬浮气泡；
湿式缠绕：在碳纤维的表面涂上混合好的树脂混合物，让纤维充分吸收，把预浸的碳纤维缠绕到模具上；
固化：根据环氧树脂的固化曲线，将样品放入固化炉中；
热处理：根据需要进行热处理步骤，提高材料性能；
表面处理：对制备好的样品进行表面处理，包括切割和研磨；
性能测试：进行力学性能、导热性能、耐热性等方面的测试，评估材料性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，其特征在于，包括以下配方比列：
环氧树脂基体～45％、石墨烯～1％、硅胶微珠～3％、碳化硅颗粒～2％、聚合物增强剂～4％、热传导填料～2％、表面活性剂～0.5％和抗氧化剂～1％。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂组合物按照高强度和耐热性配比组合如下：
环氧树脂基体～40％、碳纤维～25％、石墨烯～3％、热稳定剂～5％、抗氧化剂～1％、表面活性剂～1％、聚合物增强剂～6％。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂组合物按照导热性能优越配比组合如下：
环氧树脂基体～50％、碳纤维～20％、纳米粒子～4％、热稳定剂～3％、石墨烯～2％、硅胶微珠～6％、热传导填料～5％、抗氧化剂～2％、表面活性剂～1％和聚合物增强剂～7％。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂组合物按照轻质高强度配比组合如下：
环氧树脂基体～35％、碳纤维～30％、石墨烯～2％、热稳定剂～4％、硅胶微珠～8％、聚合物增强剂～6％、抗氧化剂～1.5％、表面活性剂～1.5％和热传导填料～7％。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂组合物按照生产效率和低成本配比组合如下：
环氧树脂基体～55％、石墨烯～1％、硅胶微珠～6％、聚合物增强剂～4％、表面活性剂～2％、抗氧化剂～2％、热传导填料～2％和热稳定剂～1％。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂组合物在制备前，需准备所有配方中的材料，然后将对环氧树脂进行预处理，确保其适当搅拌和去气。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，原材料准备与混合：准备环氧树脂基体、石墨烯、硅胶微珠、碳化硅颗粒、聚合物增强剂、热传导填料、表面活性剂和抗氧化剂，按给定的配方比例，把这些成分混合在一起制作成树脂混合物；
步骤S2，树脂预浸：在碳纤维的表面涂上混合好的树脂混合物，让纤维充分吸收，保证树脂在纤维上均匀分布；
步骤S3，湿式缠绕：把预浸的碳纤维缠绕到模具上，控制好纤维的张力和模具的转速，可以得到均匀而且结构紧密的缠绕产品；
步骤S4，固化：将缠绕完成的产品放入热固化炉中进行固化，固化温度和时间需要根据具体的树脂系统来决定，在固化过程中，环氧树脂会形成硬化的网络结构，提升复合材料的机械性能；
步骤S5，后处理和检测：经过固化后的产品需要进行后处理，包括打磨、切割或者涂装，最后进行性能检测，确认产品满足设计要求。
8.根据权利要求7所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂组合物在制备后，首先，需要进行热处理，根据材料要求进行相应的热处理步骤，接着，对制备好的样品进行表面处理，包括切割、研磨和涂层，最后，进行各种性能测试，包括力学性能、导热性能、耐热性等，以验证材料是否满足设计要求。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的实验方法，其特征在于：包括如下实验配方：
环氧树脂基体～Epon 828和碳纤维、纳米粒子～二氧化硅纳米粒子、表面活性剂、石墨烯～石墨烯纳米片、热稳定剂和抗氧化剂、热传导填料～碳化硅颗粒。
10.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：
树脂预处理：将环氧树脂进行预处理，确保其流动性和除气；
纳米材料分散：在适当的溶剂中分散二氧化硅纳米粒子，使用超声波或搅拌器确保均匀分散；
混合树脂：在容器中添加环氧树脂；
添加液态添加剂：逐步添加表面活性剂，确保均匀混合；
添加增强材料：添加石墨烯，继续搅拌；
添加热稳定剂和抗氧化剂：添加热稳定剂和抗氧化剂，确保混合物的热稳定性；
添加热传导填料：添加碳化硅颗粒，继续搅拌；
去气处理：将混合物放入真空除气设备中，去除悬浮气泡；
湿式缠绕：在碳纤维的表面涂上混合好的树脂混合物，让纤维充分吸收，把预浸的碳纤维缠绕到模具上；
固化：根据环氧树脂的固化曲线，将样品放入固化炉中；
热处理：根据需要进行热处理步骤，提高材料性能；
表面处理：对制备好的样品进行表面处理，包括切割和研磨；
性能测试：进行力学性能、导热性能、耐热性等方面的测试，评估材料性能。
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