一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。该复合材料通过将环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，并进行固化后制备得到，其中环氧树脂基体材料包括以下重量份的组分：环氧树脂100份、液态硅橡胶10-30份、环氧树脂稀释剂10-35份，环氧树脂固化剂20-35份。本发明专利技术实施例提供的碳纤维/环氧树脂复合材料各组分间相容性好，力学性能好，冲击韧性可达205kJ/m2，比普通碳纤维/环氧树脂复合材料提高了至少43％。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，特别涉及一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳纤维/环氧树脂复合材料是一类以环氧树脂为基体、以碳纤维为增强体的复合材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优越性能，广泛应用于航天、汽车、电子、体育用品以及医疗器械等领域。然而，由于环氧树脂固化后质脆，冲击韧性、抗弯强度差，当其负载或者因缺陷产生微裂纹时容易迅速扩散而使该碳纤维/环氧树脂复合材料失效。所以，需要对其进行增韧处理以提高其冲击韧性。因此，有必要提供一种碳纤维/环氧树脂复合材料及制备方法。现有技术通常采用人造橡胶，对碳纤维/环氧树脂复合材料进行增韧处理，包括：将人造橡胶配制成溶液，与环氧树脂、固化剂、促进剂混合均匀后除去溶剂，制备得环氧树脂膜，再与碳纤维进行熔融浸渍，最后固化得碳纤维/环氧树脂复合材料。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术提供的人造橡胶与环氧树脂相容性差，易造成碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能下降。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种韧性好、各组分间相容性好的碳纤维/环氧树脂复合材料及制备方法。具体技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种碳纤维/环氧树脂复合材料，通过将环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，并进行固化后制备得到，其中，所述环氧树脂基体材料包括以下重量份的组分：环氧树脂100份、液态硅橡胶10-30份、环氧树脂稀释剂10-35份，环氧树脂固化剂20-35份。具体地，作为优选，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂中的任意一种。具体地，作为优选，所述环氧树脂的黏度为2200-5500mPa·s；所述液态硅橡胶的黏度为1500-3500mPa·s。具体地，作为优选，所述环氧树脂稀释剂选自丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的任意一种。具体地，作为优选，所述液态硅橡胶选自端羟基液态丁腈橡胶、端羧基液态丁腈橡胶、端羧基液态聚丁二烯、端羟基液态聚丁二烯中的任意一种。具体地，作为优选，所述环氧树脂固化剂选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二甲胺中的任意一种。具体地，作为优选，所述碳纤维织物为斜纹碳纤维布。另一方面，本专利技术实施例提供了一种上述碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括：将环氧树脂、液态硅橡胶、环氧树脂稀释剂混合并搅拌均匀，然后加入环氧树脂固化剂继续搅拌均匀，得到环氧树脂基体材料；通过真空袋压法将所述环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，然后进行固化，得到碳纤维/环氧树脂复合材料。具体地，作为优选，控制所述环氧树脂、所述液态硅橡胶、所述环氧树脂稀释剂混合后的黏度为720-760mPa·s。具体地，作为优选，所述固化包括：依次控制固化温度为75-85℃、115-125℃、145-155℃，对应地，依次控制固化时间为0.8-1.2h、1.8-2.2h、1.8-2.2h。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例提供的碳纤维/环氧树脂复合材料，通过向环氧树脂基体材料中添加液态硅橡胶作为增韧剂，其黏度低，与环氧树脂相容性好，利于形成均一的混合体系。在上述各组分的复配作用下，所制备的碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能得到显著提高，尤其是其冲击韧性可达205kJ/m2，比普通碳纤维/环氧树脂复合材料提高了至少43％。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。一方面，本专利技术实施例提供了一种碳纤维/环氧树脂复合材料，通过将环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，并进行固化后制备得到，其中，环氧树脂基体材料包括以下重量份的组分：环氧树脂100份、液态硅橡胶10-30份、环氧树脂稀释剂10-35份，环氧树脂固化剂20-35份。本专利技术实施例提供的碳纤维/环氧树脂复合材料，通过向环氧树脂基体材料中添加液态硅橡胶作为增韧剂，其黏度低，与环氧树脂相容性好，利于形成均一的混合体系。在上述各组分的复配作用下，所制备的碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能得到显著提高，尤其是其冲击韧性可达205kJ/m2，比普通碳纤维/环氧树脂复合材料提高了至少43％。其中，环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂中的任意一种。优选双酚A型环氧树脂(即双酚A二缩水甘油醚)，以提高所制备的碳纤维/环氧树脂复合材料的透明度及力学性能。本专利技术实施例所述的碳纤维/环氧树脂复合材料，指的是以环氧树脂为基体、碳纤维为增强体的复合材料。环氧树脂交联固化后所形成的三维网状结构具有质脆的特点，当其负载或者因缺陷产生微裂纹时容易迅速扩散而使该碳纤维/环氧树脂复合材料失效。而碳纤维具有密度低、模量高、强度高、耐高温等优异性能，将环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，得到的碳纤维/环氧树脂复合材料兼具环氧树脂和碳纤维的优点，但是其韧性并没有得到改善。因此，在不影响碳纤维/环氧树脂复合材料其他力学性能的情况下，为了降低其脆性，增加其韧性，从而提高其承载强度，本专利技术实施例通过向其中加入液态硅橡胶作为增韧剂来对其进行增韧处理。本专利技术实施例采用液态硅橡胶作为增韧剂，其黏度低，与环氧树脂具有良好的相容性，从而能形成均一的混合体系，而不会降低碳纤维/环氧树脂复合材料的其他力学性能。具体地，环氧树脂的黏度为2200-5500mPa·s，液态硅橡胶的黏度为1500-3500mPa·s。举例来说，液态硅橡胶选自端羟基液态丁腈橡胶、端羧基液态丁腈橡胶、端羧基液态聚丁二烯、端羟基液态聚丁二烯中的任意一种。通过采用上述类型的液态硅橡胶对环氧树脂进行改性，能够有效提高所制备的碳纤维/环氧树脂复合材料的韧性。在制备碳纤维/环氧树脂复合材料的过程中，本专利技术实施例通过添加环氧树脂稀释剂，使环氧树脂基体材料的黏度降低至720-760mPa·s，从而增加环氧树脂与液态硅橡胶的流动性，使两者之间的反应更加充分。作为优选，环氧树脂稀释剂选自丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的任意一种。其均为反应型环氧树脂稀释剂，即活性环氧树脂稀释剂，由于其分子链中含有环氧基团，可以与各种环氧树脂固化剂进行交联反应，形成网状结构。其中，丁基缩水甘油醚分子的一端含有环氧基团，其稀释效果最好；1,4-丁二醇二缩水甘油醚分子的两端均含有环氧基团，其柔韧性较好；苯基缩水甘油醚分子的一端含有环氧基团，其耐温较好；聚丙二醇二缩水甘油醚分子的两端含有环氧基团，其柔韧性较好。具体地，环氧树脂固化剂选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二甲胺中的任意一种。其均为胺类固化剂，在固化条件下，通过其氮原子上的活泼氢打开环氧基团，而使之与环氧树脂发生交联反应，形成网状立体聚合物，使线型的环氧树脂变为坚韧的体型固体。作为优选，本专利技术实施例提供的碳纤维织物可以为平纹、斜纹、缎纹、单向碳纤维布，优选斜纹碳纤维布，其具有较强的剪切力，从而抗拉能力更强。碳纤维布是一种单向碳纤维加固产品，自身具有良好的抗拉强度，通过环氧树脂基体材料对其浸渍可以达到使环氧树脂抗拉、抗剪、抗震加固的效果。进一步地，本专利技术实施例提供的碳纤维织物可以采用1K、3K、6K、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维/环氧树脂复合材料，通过将环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，并进行固化后制备得到，其特征在于，所述环氧树脂基体材料包括以下重量份的组分：环氧树脂100份、液态硅橡胶10‑30份、环氧树脂稀释剂10‑35份，环氧树脂固化剂20‑35份。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维/环氧树脂复合材料，通过将环氧树脂基体材料浸润至碳纤维织物中，并进行固化后制备得到，其特征在于，所述环氧树脂基体材料包括以下重量份的组分：双酚A型环氧树脂100份、端羧基液态聚丁二烯25份、环氧树脂稀释剂35份，环氧树脂固化剂20份；所述环氧树脂的黏度为5400mPa·s；所述端羧基液态聚丁二烯的黏度为2100Pa·s；所述环氧树脂稀释剂为苯基缩水甘油醚；所述环氧树脂固化剂为间苯二甲胺；所述碳纤维织物为斜纹碳纤维布。2.权利要求1所述的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括：将环氧树脂、端羧基液态聚丁二烯、环...

【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