一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法，屬于樹脂基復合材料技術領域。本發明專利技術利用石墨烯作為樹脂基體的改性劑，石墨烯具有粗糙起皺的波紋結構，能夠使碳纖維與樹脂基體結構互鎖，改善樹脂基體與碳纖維的界面特性，進而提高碳纖維增強樹脂基復合材料的強度；本發明專利技術采用超聲

【技術實現步驟摘要】
一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法


[0001]本專利技術涉及樹脂基復合材料
，尤其涉及一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法。

技術介紹

[0002]在航空、航天、汽車行業的進程中，輕量化成為了多種行業共同的發展方向。特別是伴隨著節能減排的號召，輕量化意味著能耗的大幅度降低。輕量化的發展方向不外乎使用輕質材料、進行結構設計或是改進材料加工工藝。相比后兩種方法，采用輕質材料代替部分甚至全部的金屬材料更具現實可行性。因此，輕質材料的發展是影響航空航天、汽車等行業進一步發展的關鍵。
[0003]由兩種或多種材料組合而成的復合材料由于能兼備各組分的優良特性而備受關注。有機樹脂基復合材料具有較高的比強度、比模量和耐腐蝕等性能，因此能在一定程度上代替金屬而減少整體質量。但樹脂基復合材料由于樹脂基體及樹脂基體與增強體(如玻璃纖維、碳纖維)之間界面配合存在問題，而使其強度并不能完全滿足代替金屬的需要。因此，急需一種增強的、能夠改善界面的樹脂基復合材料來解決這些問題。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于提供一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法，所制備的改性碳纖維增強樹脂基復合材料具有優異的界面特性，同時具有優異的力學性能。
[0005]為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
[0006]本專利技術提供了一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0007]將石墨烯分散液和樹脂基體混合，進行改性，得到改性樹脂基體；
[0008]將碳纖維浸入雙氧水溶液中，進行超聲處理，得到改性碳纖維；
[0009]將所述改性碳纖維進行鋪層，得到碳纖維織物；
[0010]將所述改性樹脂基體和固化劑混合，將所得改性樹脂基體
?
固化劑混合物與碳纖維織物依次進行交替層疊和熱壓成型，得到改性碳纖維增強樹脂基復合材料。
[0011]優選的，所述樹脂基體為熱塑性樹脂或熱固性樹脂。
[0012]優選的，所述石墨烯分散液中石墨烯的粒徑為100nm，厚度為2～3nm。
[0013]優選的，所述石墨烯分散液的濃度為1mg/mL；所述石墨烯分散液占樹脂基體的質量百分含量為0.01～10％。
[0014]優選的，所述碳纖維的平均纖維絲束直徑為7nm，線密度為198g/1000m，密度為1.78g/cm2。
[0015]優選的，所述雙氧水溶液的質量濃度為1～30％；所述雙氧水溶液和碳纖維的質量比為1:(3～10)。
[0016]優選的，所述超聲處理的時間為10～60min，功率為50～200W。
[0017]優選的，所述改性碳纖維按照纖維面密度為50～150g/m2進行鋪層。
[0018]優選的，所述改性樹脂基體
?
固化劑混合物與碳纖維織物的質量比為10:(1～3)。
[0019]本專利技術提供了上述技術方案所述制備方法制備得到的改性碳纖維增強樹脂基復合材料，包括石墨烯改性樹脂基體和改性碳纖維，所述石墨烯改性樹脂基體與改性碳纖維機械互鎖。
[0020]本專利技術提供了一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料的制備方法，包括以下步驟：將石墨烯分散液和樹脂基體混合，進行改性，得到改性樹脂基體；將碳纖維浸入雙氧水溶液中，進行超聲處理，得到改性碳纖維；將所述改性碳纖維進行鋪層，得到碳纖維織物；將所述改性樹脂基體和固化劑混合，將所得改性樹脂基體
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固化劑混合物與碳纖維織物依次進行交替層疊和熱壓成型，得到改性碳纖維增強樹脂基復合材料。本專利技術利用石墨烯作為樹脂基體的改性劑，石墨烯具有粗糙起皺的波紋結構，能夠使碳纖維與樹脂基體結構互鎖，改善樹脂基體與碳纖維的界面特性，進而提高碳纖維增強樹脂基復合材料的強度；本專利技術采用超聲
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雙氧水聯合氧化對碳纖維進行改性，可以增加碳纖維表面羥基、羰基等活性含氧自由基團的活性，達到表面改性的目的，可以使碳纖維和樹脂基體的粘合更加緊密，增加復合材料的層間強度，而且所得改性碳纖維作為增強體骨架賦予復合材料優異的耐疲勞、抗沖擊性、減震、耐腐蝕、導熱、耐高溫、高強度、輕質和可塑性等特點。本專利技術所制備的改性碳纖維增強樹脂基復合材料具有優異的力學性能，有望成為代替金屬材料的輕質高強材料。
附圖說明
[0021]圖1為本專利技術制備改性碳纖維增強樹脂基復合材料的流程圖。
具體實施方式
[0022]如圖1所示，本專利技術提供了一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0023]將石墨烯分散液和樹脂基體混合，進行改性，得到改性樹脂基體；
[0024]將碳纖維浸入雙氧水溶液中，進行超聲處理，得到改性碳纖維；
[0025]將所述改性碳纖維進行鋪層，得到碳纖維織物；
[0026]將所述改性樹脂基體和固化劑混合，將所得改性樹脂基體
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固化劑混合物與碳纖維織物依次進行交替層疊和熱壓成型，得到改性碳纖維增強樹脂基復合材料。
[0027]在本專利技術中，若無特殊說明，所需制備原料均為本領域技術人員熟知的市售商品。
[0028]本專利技術將石墨烯分散液和樹脂基體混合，進行改性，得到改性樹脂基體。在本專利技術中，所述樹脂基體優選為熱塑性樹脂或熱固性樹脂；所述熱塑性樹脂優選為聚氯乙烯、聚酰胺或橡膠，所述熱固性樹脂優選為環氧樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯或雙馬來酰胺。
[0029]在本專利技術中，所述石墨烯分散液的制備過程優選為將石墨烯片與無水乙醇混合，進行球磨，將所得球磨物料分散于無水乙醇，得到石墨烯分散液。在本專利技術中，所述石墨烯片優選為市售商品，所述石墨烯片的粒徑優選為1μm、厚度優選為0.025mm。在本專利技術中，所述球磨優選在行星式球磨機中進行，所述球磨的時間優選為6～24h；轉速優選為100～300rpm。在本專利技術中，所述石墨烯分散液中石墨烯的粒徑優選為100nm，厚度優選為2～3nm；本專利技術對所述分散的過程沒有特殊的限定，按照本領域熟知的過程進行即可；所述石墨烯分散液的濃度優選為1mg/mL。本專利技術通過改變石墨烯球磨時間、石墨烯分散液的用量保證
樹脂基體的性質，使復合材料獲得最佳的力學性能。
[0030]在本專利技術中，所述石墨烯分散液占樹脂基體的質量百分含量優選為0.01～10％，更優選為0.1～8％，進一步優選為1～6％。
[0031]本專利技術對所述石墨烯分散液和樹脂基體混合的過程沒有特殊的限定，按照本領域熟知的過程能夠將物料混合均勻即可。
[0032]在本專利技術中，所述改性優選在超聲以及攪拌條件下進行，所述超聲的時間優選為30min，所述攪拌的時間優選為30min，轉速優選為500～1500rpm。石墨烯材料具有比表面積大、彈性高和耐高壓等特點，本專利技術將石墨烯加入到樹脂基體后可以抵消樹脂基體斷裂產生的能量，阻止裂紋擴展，實現對樹脂基體增強、增韌的效果。
[0033]完成所述改性后，本專利技術優選將所得產物在真空條件下烘干，得到改性樹脂基體本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種改性碳纖維增強樹脂基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將石墨烯分散液和樹脂基體混合，進行改性，得到改性樹脂基體；將碳纖維浸入雙氧水溶液中，進行超聲處理，得到改性碳纖維；將所述改性碳纖維進行鋪層，得到碳纖維織物；將所述改性樹脂基體和固化劑混合，將所得改性樹脂基體
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固化劑混合物與碳纖維織物依次進行交替層疊和熱壓成型，得到改性碳纖維增強樹脂基復合材料。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述樹脂基體為熱塑性樹脂或熱固性樹脂。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯分散液中石墨烯的粒徑為100nm，厚度為2～3nm。4.根據權利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯分散液的濃度為1mg/mL；所述石墨烯分散液占樹脂基體的質量百分含量為0.01～10％。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊銀環，弓滿鋒，馬興灶，夏小群，莫德云，陳小軍，
申請(專利權)人：嶺南師范學院，
類型：發明
國別省市：