一种提高环氧树脂碳纤维复合材料抗冲强度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高环氧树脂/碳纤维复合材料抗冲强度的方法，采用四官能度有机硅环氧树脂N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷对环氧树脂基体进行改性处理，有效的提高了环氧树脂/碳纤维复合材料的抗冲性能，并且兼顾了材料的相容性以及抗冲击强度，制备方法简便，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种提高环氧树脂碳纤维复合材料抗冲强度的方法
本专利技术属于碳纤维复合材料领域，涉及树脂基/碳纤维复合材料的改进技术，特别涉及一种通过在环氧树脂重引入多官能度有机硅环氧树脂以提高复合材料抗冲强度的方法。
技术介绍
环氧树脂/碳纤维复合材料以其高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀等众多优异性能而广泛应用于航天、汽车、电子、体育用品以及医疗器械上。环氧树脂/碳纤维复合材料的性能由纤维本体，树脂基体以及二者之间的结合强度决定。众所周知，环氧树脂固化后得到一种三维不溶不融网状结构，这种结构表现质脆的特点，当由于负载或者缺陷产生的微裂纹时容易迅速扩散而使材料失效，从而影响其使用范围。因此需对环氧树脂/碳纤维复合材料进行增韧处理以提高其冲击强度。目前对该类复合材料增韧方法主要有热塑性树脂增韧，橡胶增韧，无极颗粒以及纤维混杂等方法。这些方法无疑都能在一定程度上改善复合材料的冲击强度，但都有改性材料与环氧树脂相容性较差的缺陷。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术采用一种四官能度有机硅环氧树脂对环氧树脂基体进行改性处理，该改性剂与环氧树脂有良好的相容性，能有效提高环氧树脂/碳纤维复合材料的抗冲性能。本专利技术采用如下技术方案：一种提高环氧树脂/碳纤维复合材料抗冲强度的方法，包括以下步骤：（1）碳纤维的前处理：将碳纤维布置于有机溶剂中浸泡以除去有机小分子物质，然后取出放置于真空干燥箱中烘干，在50~80℃的温度下保存30~60min；（2）将环氧树脂与四官能度有机硅环氧树脂按照100:5~35的质量比混合搅拌均匀，再加入20~30mt%的固化剂搅拌均匀，最后再加入15~30mt%的稀释剂，降低混合体系粘度至500~800mPa.S；（3）采用真空袋压法用上述树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照在80℃环境下恒温1h，接着在120℃环境下恒温2h，最后在150℃环境下恒温2h的固化工艺（即80/1h+120/2h+150/2h的固化工艺）进行固化，得到纤维含量为54~62%的环氧树脂/碳纤维复合材料；所述的四官能度有机硅环氧树脂为N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。其中，N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，其化学结构如下：其为棕黄色粘稠液体，粘度为3500~4000mPa.S，可按照中国专利CN102532482A的环氧树脂有机硅改性剂的制备方法制备得到，例如通过如下方法：将124g（0.5mol）1，3-二氨丙基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷溶于124g甲苯中，室温搅拌下，2h内匀速滴加231g（2.5mol）的环氧氯丙烷，滴加完毕后，升温至60℃反应4h；之后在90℃×700mmHg条件下，减压蒸馏回收过量环氧氯丙烷；直至无馏出物蒸出。降温至70℃，升温并维持反应物温度为75℃，加入0.12g相转移催化剂苄基三乙基氯化铵，加入NaOH片状固体40g，反应2h后再加入NaOH片状固体40g；继续反应2h。停止反应，加入质量比为1：1的离子水/甲苯混合液100g，强烈搅拌下洗涤20min；并用饱和磷酸二氢钠水溶液调节体系为中性，过滤并除去水层；将以上反应物置于旋转蒸发仪中减压蒸馏，得棕色粘稠状四缩水甘油胺环氧树脂有机硅改性剂，其环氧值为0.5mol/100g5，25℃下旋转黏度计测定的粘度为5470mPa·s。在本专利技术的一个优选的实施方案中，步骤（1）中的有机溶剂为丙酮，四氢呋喃，乙醇中的一种或多种。在本专利技术的一个优选的实施方案中，步骤（2）中的环氧树脂为双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，双酚S环氧树脂中的一种或多种，粘度2200~4000mPa.S。在本专利技术的一个优选的实施方案中，步骤（2）中的固化剂为二乙烯三胺，三乙烯四胺，间苯二甲胺中的一种或多种。在本专利技术的一个优选的实施方案中，步骤（2）中稀释剂为丙酮。相比于现有技术，本专利技术采用一定配比的四官能度有机硅环氧树脂N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷对环氧树脂基体进行改性处理，对粘度进行有效的调控，并结合特定的梯度固化工艺，制备得到的环氧树脂/碳纤维复合材料的抗冲性能提高20%以上，并且兼顾了材料的相容性以及抗冲击强度，制备方法简便，成本低。具体实施方式下面将参照实施例具体详细地解释本专利技术。但是，应当理解，实施例是仅仅是用于解释本专利技术实施方案的，本专利技术不受这些实施例的限制。实施例1：（1）将碳纤维布置于丙酮中浸泡2h以除去有机小分子物质，然后取出放置于真空干燥箱中烘干，在50℃的温度下保存30min；（2）将粘度为2300mPa.S的双酚F环氧树脂与N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷按照100:5的质量比混合搅拌均匀，再加入30mt%的间苯二甲胺搅拌均匀，最后再加入20mt%的丙酮作为稀释剂，降低混合体系粘度至750mPa.S；（3）采用真空袋压法用上述树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80/1h+120/2h+150/2h的固化工艺进行固化，得到纤维含量为55%的环氧树脂/碳纤维复合材料。同时制备空白对比试样，结果表明改性后的复合材料抗冲强度提高18%。实施例2：（1）将碳纤维布置于有机溶剂丙酮中浸泡2h以除去有机小分子物质，然后取出放置于真空干燥箱中烘干，在75℃的温度下保存60min；（2）将粘度为3500mPa.S的双酚A环氧树脂与N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷按照100:15的质量比混合搅拌均匀，再加入25mt%的二乙烯三胺搅拌均匀，最后再加入15mt%的丙酮作为稀释剂，降低混合体系粘度至500mPa.S；（3）采用真空袋压法用上述树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80/1h+120/2h+150/2h的固化工艺进行固化，得到纤维含量为61%的环氧树脂/碳纤维复合材料。同时制备空白对比试样，结果表明改性后的复合材料抗冲强度提高25%。以上实施例显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，而不是以任何方式限制本专利技术的范围，在不脱离本专利技术范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高环氧树脂/碳纤维复合材料抗冲强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）碳纤维的前处理：将碳纤维布置于有机溶剂中浸泡以除去有机小分子物质，然后取出放置于真空干燥箱中烘干，在50~80℃的温度下保存30~60min；（2）将环氧树脂与四官能度有机硅环氧树脂按照100:5~35的质量比混合搅拌均匀，再加入20~30mt%的固化剂搅拌均匀，最后再加入15~30mt%的稀释剂，降低混合体系粘度至500~800mPa.S；（3）采用真空袋压法用上述树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照在80℃环境下恒温1h，接着在120℃环境下恒温2h，最后在150℃环境下恒温2h的固化工艺进行固化，得到纤维含量为54~62%的环氧树脂/碳纤维复合材料；所述的四官能度有机硅环氧树脂为N,N,N’,N ’‑四缩水甘油基‑1, 3‑二氨丙基‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷。

【技术特征摘要】
1.一种提高环氧树脂/碳纤维复合材料抗冲强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）碳纤维的前处理：将碳纤维布置于有机溶剂中浸泡以除去有机小分子物质，然后取出放置于真空干燥箱中烘干，在50~80℃的温度下保存30~60min；（2）将环氧树脂与四官能度有机硅环氧树脂按照100:5~35的质量比混合搅拌均匀，再加入20~30mt%的固化剂搅拌均匀，最后再加入15~30mt%的稀释剂，降低混合体系粘度至500~800mPa.S；（3）采用真空袋压法用上述树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照在80℃环境下恒温1h，接着在120℃环境下恒温2h，最后在150℃环境下恒温2h的固化工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐蕤，熊建民，洪丽，陈大华，秦玉林，
申请(专利权)人：芜湖市汽车产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34