一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，属于高分子材料技术领域，包括如下步骤：第1步、改性环氧树脂的制备；第2步、碳纤维电化学改性；第3步、按重量份计，取改性环氧树脂、改性碳纤维46～65份、聚苯硫醚22～35份、聚碳酸酯5～15份、聚酰胺纤维1～3份、硅烷偶联剂15～22份、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物5～10份和玻璃纤维2～6份，共混注塑成型。本发明专利技术通过对环氧树脂进行改性，以及对碳纤维进行电化学改性，加强了聚苯硫醚、聚碳酸酯和聚酰胺纤维共混增强碳纤维的多种性能，进一步提高了碳纤维复合材料的力学性能和耐候性能，并且有效解决了现有碳纤维复合材料在耐冲击性能和韧性性能上的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，属于材料工程
，具体为树脂增强型碳纤维复合材料的制备方法。
技术介绍
碳纤维材料是现今最受重视的高性能材料之一，兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。而且在化学性能上，碳纤维的化学性质与碳相似，除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的，对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性较好，完全不存在生锈的问题。因此，碳纤维被成为新材料之王。鉴于碳纤维的优良性能，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。目前，广受欢迎的碳纤维自行车，主要在车架（碳架）、前叉、轮组（碳刀车圈）等部件使用碳纤维，不仅重量减轻，性能反而更为优良。但是，由于碳纤维复合材料制备工艺上的限制，目前自行车所使用的碳纤维复合材料质量也参差不齐，一般在耐冲击性能、耐候性能和韧性性能上的表现较为不足。CN104974471A专利文献公开了“一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法”，具体公开了环氧树脂和碳纤维复合材料的制备工艺，将液态环氧树脂与固态环氧树脂在90～95℃搅拌，混合完全后，得到混合液A；将上述混合液A与核壳橡胶在70～75℃下搅拌，混合完全后，得到混合液B；向上述混合液B中加入固化剂，在70～75℃下，搅拌均匀后，得到混合液C；向上述混合液C中加入促进剂，在70～75℃下，搅拌均匀后，得到基体树脂；将上述基体树脂通过胶膜机和浸料机制备碳纤维预浸料。由此可知，上述复合材料是环氧树脂和碳纤维复合型材料，利用环氧树脂的增韧作用，提高了碳纤维复合材料的韧性，其复合材料的其他性能也受到环氧树脂的影响。这种单一的补强型树脂增韧作用，优势明显的同时，显然缺陷也较为明显，受到环氧树脂本身的缺陷，以及加工工艺的限制，该复合型的力学性能和耐候性性能不佳，作为力学承重型材料效果较不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前大部分碳纤维复合材料耐冲击性能和韧性性能不足的问题，主要是在通过对树脂和碳纤维表面进行改性，并利用树脂的增强性能与碳纤维复合得到碳纤维复合材料。技术方案：一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：第1步、改性环氧树脂的制备：按重量份计，1,3-氨甲基苯1.2～2.3份、4-羟基二苯胺0.2～0.5份、二甲氨基甲基苯酚0.5～2份、环氧氯丙烷3.5～4.5份、表氯醇2.0～5.0份、苯基二甲基乙烷0.5～1.0份和碱金属氢氧化物的水溶液15.0～19.5L混合均匀，80～90℃加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入苯类溶剂8.0～12.0份，混合均匀，得到改性环氧树脂；第2步、碳纤维电化学改性：以碳纤维为阳极，以石墨为阴极，以硝酸、硝酸钾、磷酸钾和醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.1～5.2mol/L、硝酸钾物质的量浓度为0.1mol/L～0.2mol/L、磷酸钾物质的量浓度为0.2mol/L～0.5mol/L和醋酸物质的量浓度为0.05～0.15mol/L，采用2.6～2.8A/g的表观电流密度处理320～450s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纤维；第3步、按重量份计，取改性环氧树脂、改性碳纤维46～65份、聚苯硫醚22～35份、聚碳酸酯5～15份、聚酰胺纤维1～3份、硅烷偶联剂15～22份、苯乙烯／甲基丙烯酸甲酯共聚物5～10份和玻璃纤维2～6份，共混注塑成型，即制备得到耐冲击高韧性碳纤维复合材料。作为优选，所述第1步中，碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。作为优选，所述第1步中，碱金属氢氧化物的水溶液中的碱金属氢氧化物物质的量浓度为1.5～3.5mol/L。作为优选，所述第1步中，苯类溶剂为甲苯或二甲苯。作为优选，所述第3步中，硅烷偶联剂KH550和KH560的一种或两种。本专利技术通过对环氧树脂进行改性，以及对碳纤维进行电化学改性，加强了聚苯硫醚、聚碳酸酯和聚酰胺纤维共混增强碳纤维的多种性能，进一步提高了碳纤维复合材料的力学性能和耐候性能，并且有效解决了现有碳纤维复合材料在耐冲击性能和韧性性能上的不足。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术采用的碳纤维为日本东丽公司的T300级型号碳纤维。本专利技术采用的聚碳酸酯规格为2605，德国拜耳公司生产。本专利技术采用的苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物型号为PM-600，中国台湾奇美生产。实施例1一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：第1步、改性环氧树脂的制备：1,3-氨甲基苯1.2Kg、4-羟基二苯胺0.2Kg、二甲氨基甲基苯酚0.5Kg、环氧氯丙烷3.5Kg、表氯醇2.0Kg、苯基二甲基乙烷0.5Kg和3.2mol/L氢氧化钠水溶液16.5L混合均匀，85℃加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入二甲苯8.0Kg，混合均匀，得到改性环氧树脂；第2步、碳纤维电化学改性：以碳纤维为阳极，以石墨为阴极，以硝酸、硝酸钾、磷酸钾和醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.6mol/L、硝酸钾物质的量浓度为0.15mol/L、磷酸钾物质的量浓度为0.36mol/L和醋酸物质的量浓度为0.08mol/L，采用2.8A/g的表观电流密度处理370s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纤维；第3步、取改性环氧树脂、改性碳纤维55Kg、聚苯硫醚27Kg、聚碳酸酯9Kg、聚酰胺纤维1.5Kg、KH560硅烷偶联剂17Kg、苯乙烯／甲基丙烯酸甲酯共聚物8Kg和玻璃纤维4Kg，采用共混注塑成型工艺，具体工艺步骤为现有技术，其中材料共混温度控制在289℃，注塑成型之后即制备得到耐冲击高韧性碳纤维复合材料。实施例2一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：第1步、改性环氧树脂的制备：1,3-氨甲基苯2.3Kg、4-羟基二苯胺0.5Kg、二甲氨基甲基苯酚2Kg、环氧氯丙烷4.5Kg、表氯醇5.0Kg、苯基二甲基乙烷1.0Kg和3.5mol/L氢氧化钠水溶液16.3L混合均匀，85℃加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入二甲苯12.0Kg，混合均匀，得到改性环氧树脂；第2步、碳纤维电化学改性：以碳纤维为阳极，以石墨为阴极，以硝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步、改性环氧树脂的制备：按重量份计，1,3‑氨甲基苯1.2～2.3份、4‑羟基二苯胺0.2～0.5份、二甲氨基甲基苯酚0.5～2份、环氧氯丙烷3.5～4.5份、表氯醇2.0～5.0份、苯基二甲基乙烷0.5～1.0份和碱金属氢氧化物的水溶液15.0～19.5L混合均匀，80～90℃加热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入苯类溶剂8.0～12.0份，混合均匀，得到改性环氧树脂；第2步、碳纤维电化学改性：以碳纤维为阳极，以石墨为阴极，以硝酸、硝酸钾、磷酸钾和醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.1～5.2mol/L、硝酸钾物质的量浓度为0.1mol/L～0.2mol/L、磷酸钾物质的量浓度为0.2mol/L～0.5mol/L和醋酸物质的量浓度为0.05～0.15mol/L，采用2.6～2.8A/g的表观电流密度处理320～450s之后，取出水洗至中性后，烘干，得到改性碳纤维；第3步、按重量份计，取改性环氧树脂、改性碳纤维46～65份、聚苯硫醚22～35份、聚碳酸酯5～15份、聚酰胺纤维1～3份、硅烷偶联剂15～22份、苯乙烯／甲基丙烯酸甲酯共聚物5～10份和玻璃纤维2～6份，共混注塑成型，即制备得到耐冲击高韧性碳纤维复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种耐冲击高韧性碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、改性环氧树脂的制备：按重量份计，1,3-氨甲基苯1.2～2.3份、4-羟基二苯胺
0.2～0.5份、二甲氨基甲基苯酚0.5～2份、环氧氯丙烷3.5～4.5份、表氯醇2.0～5.0份、苯
基二甲基乙烷0.5～1.0份和碱金属氢氧化物的水溶液15.0～19.5L混合均匀，80～90℃加
热反应，反应结束后蒸发除去水份，加入苯类溶剂8.0～12.0份，混合均匀，得到改性环氧树
脂；
第2步、碳纤维电化学改性：以碳纤维为阳极，以石墨为阴极，以硝酸、硝酸钾、磷酸钾和
醋酸混合溶液为电解质溶液，其中硝酸物质的量浓度为4.1～5.2mol/L、硝酸钾物质的量浓
度为0.1mol/L～0.2mol/L、磷酸钾物质的量浓度为0.2mol/L～0.5mol/L和醋酸物质的量浓
度为0.05～0.15mol/L，采用2.6～2.8A/g的表观电流密度处理320～450s之后，取出水洗至<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家容，
申请(专利权)人：刘家容，
类型：发明
国别省市：四川;51