一种液晶环氧树脂-碳纤维复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于形状记忆高分子材料制备领域，具体公开一种具有形状记忆性能的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法包括三个步骤：（1）碳纤维表面处理；（2）复合材料混合液的制备；（3）固化成型。本发明专利技术使用碳纤维改性带支链的液晶环氧树脂，可降低成本，提高材料的热力学性能；本发明专利技术制备的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料具有形状记忆性能，且响应速率高、回复应力高，可以应用于生物医用、航空航天等科学技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于形状记忆高分子材料制备领域，具体涉及一种液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法。
技术介绍
形状记忆材料的出现是本世纪材料科学史上的重大飞跃，它揭示了材料内在的特殊本质，为材料加工工艺的革新及新产品的开发提供了崭新的途径。自1964年发现N1-Ti形状记忆合金以来，形状记忆材料已引起世界各国广泛的关注并已取得了巨大进展。80年代以来，异军突起的形状记忆高分子材料以其优异的综合性能已成为一种引人注目的热门材料。与形状记忆合金相比，形状记忆高分子材料具有重量轻、耐腐蚀、易成形加工、记忆回复温度范围宽、形变量大、保温和绝缘性能好、价格便宜等优点。因此它在很多领域具有潜在的应用价值和广泛的应用前景，目前已经作为异型管接合材料、外科手术固定材料、缓冲材料、包装材料、火灾报警器以及涂料等在医疗、制造、包装、建筑以及农业能源等领域中得到广泛应用及开发，其经济效益和社会效应显著，是目前形状记忆材料中研究和开发最为活跃的领域。近年来，将介晶基元引入到形状记忆材料中格外引人注意。介晶基元的引入提高了形状记忆聚合物的回复应力，改善了回复效果，可望在航空航天和生物医用领域获得潜在的应用。Pattrick T.Mather等首次合成了一种具有形状记忆效应的近晶C型液晶弹性体。Hiraoka等报道了单畴手性近晶相的液晶弹性体的双轴形状记忆效应。在国内，李德利、周其凤等研究了甲壳型液晶聚合物纤维的形状记忆效应。申请号为201110305569.5的中国专利技术专利及申请号为201010203910.1的中国专利技术专利申请公开了带支链的液晶环氧树脂和联苯型液晶环氧树脂并研究了其形状记忆效应，其产品具有较好热力学性能和形状记忆性能。但从目前研究看形状记忆液晶环氧树脂存在成本较高，力学性能的薄弱环节等缺点。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种具有形状记忆性能的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法；本专利技术的另一目的在于提供由上述方法制备的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:一种液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤:(I)碳纤维表面处理:将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100~140h，再取出碳纤维置于蒸馏水中浸泡36~48h，然后取出碳纤维于80~100°C真空干燥24~36h，得到处理后的碳纤维；(2)复合材 料混合液制备:称取摩尔比为2:1的带支链的液晶环氧树脂与固化剂，溶解在二氯甲烷中，得到混合液；再加入步骤(1)处理后的碳纤维，超声震动使碳纤维在混合液中均匀分散，得到复合材料混合液；(3)固化成型:将复合材料混合液倒入模具中，常温下抽真空至恒重，待溶剂挥发完全，分段固化，开模，得到液晶环氧树脂-碳纤维复合材料。步骤(1)所述的碳纤维表面处理还可为:将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100~140h，再取出碳纤维置于蒸馏水中浸泡36~48h，然后取出碳纤维于80~100°C真空干燥24~36h ;取出真空干燥后的碳纤维置于含I~10%质量分数胺类环氧树脂固化剂的丙酮溶液中分散处理，再将碳纤维取出放入500~600°C的马弗炉中停留30~40s，取出碳纤维用丙酮溶液洗涤，干燥，得到处理后的碳纤维；其中，所述的胺类环氧树脂固化剂为脂肪族胺类固化剂和芳香族胺类固化剂的一种以上，优选为4，4-二氨基二苯基甲烷(DDM)、4-氨基苯基氨基砜(SAA)、4，4- 二氨基二苯醚(DDE)、4，4- 二氨基苯基亚砜(DDS)、甲基间苯二胺(DAT)及乙二胺的一种以上。步骤(1)所述的碳纤维表面处理还可为:将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100~140h,再取出碳纤维置于蒸馏 水中浸泡36~48h，然后取出碳纤维于80~100°C真空干燥24~36h ;将干燥后的碳纤维置于浓硝酸中在100~110°C下搅拌回流I~2h，过滤得的碳纤维再用蒸馏水在100°C下回流24h，过滤，将得到的碳纤维水洗后在100°C下真空干燥24h;然后将真空干燥后的碳纤维置于二氯亚砜中，添加催化剂二甲基甲酰胺加热回流2~3h后，过滤并用四氢呋喃洗涤以去除过量的二氯亚砜，得到固体截留物为酰氯化的碳纤维；再将酰氯化的碳纤维放入含质量分数0.5~1%的4- 二甲氨基吡啶、质量分数20~30%的三乙胺及质量分数5~10%的环氧树脂固化剂的四氢呋喃溶液中反应24h，然后依次用四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷、蒸馏水洗涤，再于100°c下真空干燥24h，得到处理后的碳纤维；其中，所述的环氧树脂固化剂为脂肪族胺类固化剂或芳香族胺类固化剂的一种以上，优选为4，4- 二氨基二苯基甲烷(DDM)、4-氨基苯基氨基砜(SAA)、4，4- 二氨基二苯醚(DDE)、4，4- 二氨基苯基亚砜(DDS)、甲基间苯二胺(DAT)及乙二胺的一种以上。步骤(1)所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维或浙青基碳纤维；步骤(1)所述碳纤维为长度I~12mm的短切碳纤维，3K、6K、12K的碳纤维长丝束或者200g、300g规格的单向或双向斜纹碳纤维布。在上述的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法中，当步骤(1)所述碳纤维为长度I~12_的短切碳纤维时，步骤(3)所述处理后的碳纤维的用量为占带支链的液晶环氧树脂、固化剂及处理后的碳纤维总质量的0.5~5% ;当步骤(1)所述碳纤维为3K、6K、12Κ的碳纤维长丝束时，步骤(3)所述处理后的碳纤维的用量为占带支链的液晶环氧树脂、固化剂及处理后的碳纤维总质量的10~40% ;当步骤(1)所述碳纤维为200g、300g规格的单向或双向斜纹碳纤维布，步骤(3)所述处理后的碳纤维的用量为占带支链的液晶环氧树月旨、固化剂及处理后的碳纤维总质量的20~40%。步骤(2)所述的带支链的液晶环氧树脂为液晶环氧树脂单体2，5- 二【4-(缩水甘油醚)苯甲酰氧基】苯甲酸酯(EP-n，n=l~12)，所述带支链的液晶环氧树脂结构式如式I所示:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶环氧树脂?碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）碳纤维表面处理：将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100～140h，再取出碳纤维置于蒸馏水中浸泡36～48h，然后取出碳纤维于80～100℃真空干燥24～36h，得到处理后的碳纤维；（2）复合材料混合液制备：称取摩尔比为2:1的带支链的液晶环氧树脂与固化剂，溶解在二氯甲烷中，得到混合液；再加入步骤（1）处理后的碳纤维，超声震动使碳纤维在混合液中均匀分散，得到复合材料混合液；（3）固化成型：将复合材料混合液倒入模具中，常温下抽真空至恒重，待溶剂挥发完全，分段固化，开模，得到液晶环氧树脂?碳纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)碳纤维表面处理:将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100~140h，再取出碳纤维置于蒸馏水中浸泡36~48h，然后取出碳纤维于80~100°C真空干燥24~36h，得到处理后的碳纤维； (2)复合材料混合液制备:称取摩尔比为2:1的带支链的液晶环氧树脂与固化剂，溶解在二氯甲烷中，得到混合液；再加入步骤(1)处理后的碳纤维，超声震动使碳纤维在混合液中均匀分散，得到复合材料混合液； (3)固化成型:将复合材料混合液倒入模具中，常温下抽真空至恒重，待溶剂挥发完全，分段固化，开模，得到液晶环氧树脂-碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述的碳纤维表面处理为:将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100~140h，再取出碳纤维置于蒸馏水中浸泡36~48h，然后取出碳纤维于80~100°C真空干燥24~36h ;取出真空干燥后的碳纤维置于含I~10%质量分数胺类环氧树脂固化剂的丙酮溶液中分散处理，再将碳纤维取出放入500~600°C的马弗炉中停留30~40s，取出碳纤维用丙酮溶液洗涤，干燥，得到处理后的碳纤维； 其中，所述的胺类环氧树脂固化剂为脂肪族胺类固化剂和芳香族胺类固化剂的一种以上。3.根据权利要求2所述的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于:所述胺类环氧树脂固化剂为4，4-二氨基二苯基甲烧、4-氨基苯基氨基砜、4，4-二氨基二苯醚、4，4- 二氨基苯基亚砜、甲基间苯二胺及乙二胺的一种以上。4.根据权利要求1所述`的液晶环氧树脂-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述的碳纤维表面处理为:将碳纤维于二氯甲烷中浸泡清洗100~140h，再取出碳纤维置于蒸馏水中浸泡36~48h，然后取出碳纤维于80~100°C真空干燥24~36h ;将干燥后的碳纤维置于浓硝酸中在100~110°C下搅拌回流I~2h，过滤得的碳纤维再用蒸馏水在100°C下回流24h，过滤，将得到的碳纤维水洗后在100°C下真空干燥24h ;然后将真空干燥后的碳纤维置于二氯亚砜中，添加催化剂二甲基甲酰胺加热回流2~3h后，过滤并用四氢呋喃洗涤以去除过量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕满庚，郭会龙，
申请(专利权)人：中科院广州化学有限公司，
类型：发明
国别省市：