一种树脂基纤维增强复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，包括：将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维；将纳米填料溶解于溶剂中，超声，得到纳米分散液；将处理后的连续纤维与静电发生器相连，浸入纳米分散液中，超声，干燥后得到纳米改性的连续纤维；将树脂对纳米改性的连续纤维进行浸润，固化，得到树脂基纤维增强复合材料。本发明专利技术通过在连续纤维表面静电吸附纳米填料，由于纳米颗粒吸附在纤维表面，在纤维表面形成凹凸起伏结构，纤维表面粗糙度进一步增加，纤维表面粗糙度的显著提高有利于增大纤维与基体树脂之间的接触面积，提高其浸润性能及其与树脂基体间的界面粘结强度，提高树脂基纤维复增强复合材料力学性能。

A resin-based fiber reinforced composite and its preparation method

The invention provides a preparation method of resin-based fiber reinforced composites, which includes: pretreatment of continuous fibers to obtain treated continuous fibers; dissolution of nano-fillers in solvents, ultrasound to obtain Nano-dispersing solution; connection of treated continuous fibers with electrostatic generator, immersion in Nano-dispersing solution, ultrasound, drying to obtain nano-modified continuous fibers. Vitamin A resin-based fiber reinforced composite was prepared by soaking and curing nano-modified continuous fibers with resin. By electrostatically adsorbing nano-fillers on the surface of continuous fibers, the nano-particles adsorb on the surface of fibers and form a concave-convex structure on the surface of fibers, the surface roughness of fibers is further increased, and the remarkable improvement of the surface roughness of fibers is conducive to increasing the contact area between fibers and matrix resins, improving the wettability and the interfacial bonding strength between fibers and matrix resins. To improve the mechanical properties of resin-based fiber reinforced composites.

【技术实现步骤摘要】
一种树脂基纤维增强复合材料及其制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种树脂基纤维增强复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，树脂基纤维增强复合材料由于轻质高强、机械性能优异以及易于设计和制造已广泛应用于飞机、航空航天、汽车、电子、体育用品等众多领域。树脂基纤维增强复合材料的性能由树脂、纤维、树脂纤维界面粘结强度、制造生产工艺等因素决定。该类复合材料通常是由树脂基体及增强纤维构成，树脂可以是热固性和热塑性树脂，增强纤维可以是玻璃纤维、碳纤维等一种或混杂。然而，由于树脂/纤维的热膨胀系数有较大差异，导致固化后的树脂基纤维增强复合材料中存在较大的残余应力，同时固化时聚合物的收缩、聚合反应会加剧残余应力的产生。残余应力会对复合材料结构的性能产生负面影响,可以造成基体的初始小裂纹及局部的纤维与基体开裂，当超过某一极限值就会发展成小裂纹，进一步扩展最终导致复合材料失效。为提高树脂基纤维增强复合材料的力学性能,通常是对树脂基体进行改性,来改善纤维树脂的界面粘结强度。如今，随着纳米技术的发展，纳米填料被引入树脂基体，由于树脂具有更高的热膨胀系数和较小的弹性模量，纳米填料的加入，使树脂的热膨胀系数接近纤维及其弹性模量有所提高，从而减小了残余应力的产生，使树脂基纤维增强复合材料性能提升。现有技术公开了在树脂中直接加入一定量的纳米填料或用表面活性剂将纳米填料改性后加入树脂，通过搅拌、超声等方法混合分散；或将纳米填料在有机溶剂中分散完全后，将分散液加入树脂中，再除溶剂，最终将混有纳米填料的树脂注入纤维后，在一定的条件下固化成型。也有通过电泳沉积工艺，将纳米颗粒吸附在纤维表面，然后注入树脂，在一定的条件下固化成型。但纳米填料混入树脂后，由于很多树脂的粘度偏大，导致混合不是很均匀，而且搅拌混合的过程中，容易产生气泡。在树脂注射浸润纤维的过程中，纳米填料容易团聚，不但没有降低残余应力对树脂基纤维增强复合材料性能的影响，而且可能产生新的缺陷，且对树脂纤维界面粘结强度改善不明显，最终对树脂基纤维复合材料性能无影响或产生负面影响,导致复合材料力学性能降低。电泳沉积工艺虽能解决纳米颗粒团聚的问题，但纳米颗粒依然存在分散不均的问题，且电泳沉积的过程伴随着水的电解，水电解出的气泡容易附着在纤维的表面，大量的气泡影响纳米颗粒的沉积，纳米颗粒与纤维之间结合力较弱，纳米颗粒容易剥落。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，本专利技术提供的制备方法能使纳米填料均匀分布，改善树脂纤维黏结强度，提高复合材料的力学性能。本专利技术提供了一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，包括：A)将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维；将纳米填料溶解于溶剂中，超声，得到纳米分散液；B)将处理后的连续纤维与静电发生器相连，浸入纳米分散液中，超声，干燥后得到纳米改性的连续纤维；C)将树脂对纳米改性的连续纤维进行浸润，固化，得到树脂基纤维增强复合材料。优选的，所述连续纤维为纤维丝或纤维布；所述连续纤维种类选自玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种或几种。优选的，所述预处理具体为：将连续纤维经过无水乙醇和去离子水清洗；再经过双氧水清洗；最后再经浓硝酸清洗、水洗、干燥得到。优选的，步骤A)所述纳米填料选自纳米氮化物、纳米碳化物和纳米陶瓷中的一种；所述纳米填料的粒径为10～100nm；所述纳米填料的浓度为5～30％。优选的，步骤A)所述溶剂选自水、醇类、酮类、酯类、DMF和NMP中的一种或几种；所述溶剂的质量浓度为1～30％。优选的，所述静电发生器设定电压为20～50KV；所述输出电流为1～8mA；电压/负载稳定性为最大电压的2％。优选的，步骤B)所述超声功率为70～150w；所述功率密度为0.35～0.75w/cm2；所述超声时间为5～40min。优选的，所述步骤B)所述干燥温度为40～80℃；所述干燥时间为10～150s。优选的，所述树脂选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙和聚醚醚酮中的一种；所述固化具体为：将树脂、纳米改性的连续纤维和固化剂混合，固化；所述固化温度为75～120℃；所述固化时间为1.5～2.5h。本专利技术提供了一种树脂基纤维增强复合材料，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供了一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，包括：A)将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维；将纳米填料溶解于溶剂中，超声，得到纳米分散液；B)将处理后的连续纤维与静电发生器相连，浸入纳米分散液中，超声，干燥后得到纳米改性的连续纤维；C)将树脂对纳米改性的连续纤维进行浸润，固化，得到树脂基纤维增强复合材料。本专利技术通过在连续纤维表面静电吸附纳米填料，由于纳米颗粒吸附在纤维表面，在纤维表面形成凹凸起伏结构，纤维表面粗糙度进一步增加，纤维表面粗糙度的显著提高有利于增大纤维与基体树脂之间的接触面积，提高其浸润性能及其与树脂基体间的界面粘结强度，提高树脂基纤维复增强复合材料力学性能。避免了纳米颗粒团聚或分散不均匀、树脂在搅拌中产生气泡、电泳沉积电解水产生气泡等对树脂基纤维增强复合材料力学性能的负面影响。同时本专利技术有效降低了基体树脂与增强纤维的热膨胀系数，减小或消除残余应力。具体实施方式本专利技术提供了一种树脂基纤维增强复合材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，包括：A)将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维；将纳米填料溶解与溶剂中，超声，得到纳米分散液；B)将处理后的连续纤维与静电发生器相连，浸入纳米分散液中，超声，干燥后得到纳米改性的连续纤维；C)将树脂对纳米改性的连续纤维进行浸润，固化，得到树脂基纤维增强复合材料。本专利技术提供的一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法首先将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维。本专利技术所述连续纤维为纤维丝或纤维布；所述连续纤维种类选自玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种。如可以为碳纤维布等，本专利技术所述碳纤维布优选为TC-35、单向碳纤维布，300g.m2。本专利技术对于上述连续纤维的来源不进行限定，市售即可。本专利技术所述预处理具体为：将连续纤维经过无水乙醇和去离子水清洗；再经过双氧水清洗；最后再经浓硝酸清洗、水洗、干燥得到。更优选具体为：将连续纤维首先采用无水乙醇和去离子水清洗，去除碳纤维布表面的灰尘、油污、上浆剂等杂物；本专利技术对其清洗的浓度、次数和方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。再将清洗完的碳纤维布放入双氧水中反应1～1.5小时；将碳纤维布取出放入浓硝酸中反应1小时；最后将碳纤维布用去离子水反复清洗后，将碳纤维布70～80℃干燥7～8小时，后冷却备用，在其表面引入活性基团。本专利技术对上述双氧水、浓硝酸清洗的浓度、次数和方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。将纳米填料溶解于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，包括：A)将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维；将纳米填料溶解于溶剂中，超声，得到纳米分散液；B)将处理后的连续纤维与静电发生器相连，浸入纳米分散液中，超声，干燥后得到纳米改性的连续纤维；C)将树脂对纳米改性的连续纤维进行浸润，固化，得到树脂基纤维增强复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，包括：A)将连续纤维进行预处理，得到处理后的连续纤维；将纳米填料溶解于溶剂中，超声，得到纳米分散液；B)将处理后的连续纤维与静电发生器相连，浸入纳米分散液中，超声，干燥后得到纳米改性的连续纤维；C)将树脂对纳米改性的连续纤维进行浸润，固化，得到树脂基纤维增强复合材料。2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述连续纤维为纤维丝或纤维布；所述连续纤维种类选自玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述预处理具体为：将连续纤维经过无水乙醇和去离子水清洗；再经过双氧水清洗；最后再经浓硝酸清洗、水洗、干燥得到。4.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤A)所述纳米填料选自纳米氮化物、纳米碳化物和纳米陶瓷中的一种；所述纳米填料的粒径为10～100nm；所述纳米填料的浓度为5～30％。5.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤A)所述溶剂选...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲永锋，马芳武，田广东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22