一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料，包括以下重量份原料：聚酰亚胺40

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于渔具制造
，具体地，涉及一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]鱼竿是一种捕鱼工具，外形细长多节竿状物，通常有一个把手，由把手到后端逐渐变细变尖，要用一根钓鱼线连接鱼饵的鱼钩来使用。鱼竿按材质分为竹木、玻璃钢、碳纤维鱼竿三大系列，其中碳纤维钓竿绝大部门是由无梭纺碳纤维众向布制管，经浸树脂固化而制造的，用于钓竿生产方面的碳纤维含量多少，直接决定钓竿的价值和品位，一般含碳量为30％、90％左右，分为低模量与高模量等，低模量的碳纤维韧性好、牢固度高，但钢性差、重量重，高模量的碳纤维重量轻、钢性强，但是牢固度不高、脆、容易断，另外，由于碳纤维材料具有导电性、价格昂贵，使得碳纤维制造的鱼竿价格高，且不具有绝缘功能。
[0003]因此，要想制备出理想的鱼竿，除了选择合理的纤维进行增强外，还需要选择合适的基体树脂及鱼竿制备工艺，以提升树脂与纤维之间的结合力，从而提高其机械力学性能，然而现有技术中，基体树脂与纤维之间的结合力不不强，在长期使用过程中强度和韧度会下降比较快，易造成杆体形变，杆体表面涂层脱落，使用寿命较短，因此，提高一种价格低廉、重量轻、刚性强、韧性好、牢固度高、抗静电性能和耐老化性能优异的鱼竿复合材料目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料及其制备方法。
[0005]本专利技术需要解决的技术问题为：
[0006]现有的鱼竿材料韧性差，易断裂，要想制备出理想的鱼竿，除了选择合理的纤维进行增强外，还需要选择合适的基体树脂及鱼竿制备工艺，以提升树脂与纤维之间的结合力，从而提高其机械力学性能，然而现有技术中，基体树脂与纤维之间的结合力不强，在长期使用过程中强度和韧度会下降比较快，易造成杆体形变，杆体表面涂层脱落，使用寿命较短。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料，包括以下重量份原料：聚酰亚胺40-50份、聚乙烯纤维10-20份、改性碳纤维10-15份、改性环氧树脂20-30份、硬脂酸钙5-10份、二苯基硅二醇8-15份、巴西棕榈蜡3-5份和二辛脂1-3份；
[0009]该用于制备碳纤维鱼竿的复合材料由以下步骤制备而成：
[0010]第一步、将聚酰亚胺、聚乙烯纤维、改性碳纤维和改性环氧树脂加入反应釜中，在转速500r/min条件下，温度60-90℃反应2-4h，得第一混合料，向第一混合料中加入硬脂酸钙、二苯基硅二醇、巴西棕榈蜡和二辛脂，温度、转速不变的情况下，继续搅拌2h，得到第二混合料；
[0011]第二步、将第二混合料在双螺杆挤出机中挤出造粒，即得用于制备碳纤维鱼竿的
复合材料，挤出温度为280℃，螺杆转速为250r/min。
[0012]进一步地，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：
[0013]步骤S11、将碳纤维和丙酮按照1g：3-5mL加入三口烧瓶中，温度60℃，转速100-200r/min条件下，回流反应48h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于100℃烘箱中干燥至恒重，得到除杂碳纤维，将硫酸溶液和硝酸溶液按照体积比3:1混合制得混酸溶液，将除杂碳纤维和混酸溶液按照1g：3-5mL加入四口烧瓶中，80℃下回流反应2h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，得到氧化碳纤维；
[0014]步骤S12、将硅烷偶联剂KH-570加入无水乙醇中，配制得到质量分数2％的分散液，向分散液中加入氧化石墨烯，于频率30-50kHz下超声分散5-10min，然后加入四氢呋喃，转速1000r/min条件下，搅拌1h，然后抽滤，将滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后于80℃下真空干燥至恒重，得到氨基化氧化石墨烯；
[0015]步骤S13、将步骤S12得到的氨基化氧化石墨烯和二甲基甲酰胺加入三口烧瓶中，转速200-300r/min条件下，搅拌20-30min，向三口烧瓶中加入氧化碳纤维，78℃下磁力搅拌5h后，频率20-40kHz下超声分散4h，于130℃烘箱中热处理48h，用质量分数25％的乙醇溶液洗涤至洗涤液pH值为7，最后于80℃下干燥12h，得到初步改性碳纤维；
[0016]步骤S14、将碳纳米管和步骤S11中混酸溶液按照1g：3mL加入烧杯中，于50℃下以1500r/min的转速磁力搅拌40min，然后超声处理2-3h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，于80℃下干燥至恒重，得到氧化碳纳米管，将氧化碳纳米管和二甲基甲酰胺加入烧杯中，超声分散1h后，向烧杯中加入步骤S13得到的初步改性碳纤维，继续超声分散1h，放入70℃恒温水浴中反应12h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于100℃烘箱中干燥至恒重，即得所述改性碳纤维。
[0017]进一步地，步骤S11中所述硝酸溶液为质量分数80％的硝酸溶液，硫酸溶液为质量分数60％的硫酸溶液；步骤S12中所述分散液、氧化石墨烯和四氢呋喃的用量比为40mL：3-5g：15mL；步骤S13中所述氨基化氧化石墨烯、二甲基甲酰胺和氧化碳纤维的用量比为3-5g：25mL：1g，步骤S14中所述氧化碳纳米管、二甲基甲酰胺和初步改性碳纤维的用量比为1-3g：10mL：1-3mL。
[0018]将碳纤维用丙酮预处理，除去碳纤维表面的胶层和杂质，将酸处理，使碳纤维表面产生羧基、羟基和酸性基团，将氧化石墨烯利用硅烷偶联剂KH-570改性，使氧化石墨烯表面接枝氨基基团，得到氨基化氧化石墨烯，氨基化氧化石墨烯上的-NH2与碳纤维上的-OH发生肽胺反应，生产初步改性碳纤维，将碳纳米管酸化处理使其表面接枝羟基和羧基，增加碳纳米管表面负电荷量，增强其静电斥力，提高其在溶剂中的分散性，初步改性碳纤维的-COOH与碳纳米管表面的-OH发生酯化反应，得到改性碳纤维，改性碳纤维上负载了氧化石墨烯和碳纳米管，使其表面沟壑明显，粗糙程度增加，提高碳纤维与聚合物基材之间的相容性，受到外力冲击时，均匀分散的碳纤维可有效阻挡层间裂纹的扩展，使应力在材料内部有效传递及耗散更多能量，为基体和纤维之间的负载转移提供了缓冲，有利于提高复合材料的拉伸性能。
[0019]进一步地，所述改性环氧树脂由以下步骤制成：
[0020]步骤S21、向四口烧瓶中加入聚乙二醇和二月桂酸二丁基锡，氮气保护下，转速200-300r/min，25-30℃条件下反应10min后，向四口烧瓶中加入异氟尔酮异氰酸酯，使用红
外光谱仪测得-NCO消失时结束反应，得到聚氨酯预聚体；
[0021]步骤S22、向三口烧瓶中加入环氧树脂和正丁基缩水甘油醚，在60℃，转速300-500r/min条件下反应30min，然后加入步骤S21得到的聚氨酯预聚体和三乙烯四胺，在水冰浴中搅拌1h后，在25℃烘箱中固化12h后，即得改性环氧树脂。
[0022]进一步地，步骤S21中所述聚乙二醇、二月桂酸二丁基锡和异氟尔酮异氰酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
300r/min，25-30℃条件下反应10min后，向四口烧瓶中加入异氟尔酮异氰酸酯，使用红外光谱仪测得-NCO消失时结束反应，得到聚氨酯预聚体；步骤S22、向三口烧瓶中加入环氧树脂和正丁基缩水甘油醚，在60℃，转速300-500r/min条件下反应30min，然后加入步骤S21得到的聚氨酯预聚体和三乙烯四胺，在水冰浴中搅拌1h后，在25℃烘箱中固化12h后，即得改性环氧树脂。5.根据权利要求4所述的一种用于制备碳纤维鱼竿的复合材料，其特征在于，步骤S21中所述聚乙二醇、二月桂酸二丁基锡和异氟尔酮异氰酸酯的质量比为40-60:5:20，步骤S22中所述环氧树脂、正丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李士飞，朱海水，饶小飞，
申请(专利权)人：界首市兴隆渔具有限公司，
类型：发明
国别省市：