一种碳纤维增强基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增强基复合材料及其制备方法，包括40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂，并通过硅烷偶联剂处理碳纤维原材料，使得界面结合紧密，加上纤维素存在的复合纤维对环化反应有促进作用，促进后续碳化进行，同时程序升温树脂受热逐渐固化，由线型变为具有高邻位的体型树脂，与碳纤维相连，形成致密的网络结构，综合上使得制备复合材料拉伸强度增加，复合材料的碳含量高达98％以上；另外，浸渍工艺安装电机进行间隔搅拌，使得浸渍更加均匀，更多的树脂包裹在碳纤维表面，有助于提高浸渍的质量，改善碳纤维增强基复合材料的整体均匀性。

A Carbon Fiber Reinforced Matrix Composite and Its Preparation Method

The invention discloses a carbon fiber reinforced matrix composite material and its preparation method, which comprises 40-50 carbon fibers, 35-45 resin, 0.1-1 chopped fibers and 1-10 antioxidants. The raw materials of carbon fibers are treated by silane coupling agent to make the interface bond tight. The composite fibers existing in cellulose can promote cyclization reaction and subsequent carbonization. When the temperature programmed resin is gradually cured by heating, it changes from linear to high-adjacent bulk resin, which is connected with carbon fibers and forms a dense network structure. In a comprehensive way, the tensile strength of the composites is increased, and the carbon content of the composites is up to 98%. In addition, the impregnation process is equipped with electric motors to stir at intervals, so that the impregnation is more uniform and more resin is wrapped in carbon. The surface of the fibers is helpful to improve the quality of impregnation and the overall uniformity of carbon fiber reinforced matrix composites.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强基复合材料及其制备方法
本专利技术属于碳纤维复合材料制造领域，具体涉及一种碳纤维增强基复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳纤维作为高性能纤维的一种，由于其强度高、韧性强、质量轻、抗疲劳等诸多优点而被作为复合材料的增强体广泛应用。但由于其表面呈惰性，反应活性比较低，因此直接与树脂复合制备复合材料，导致其表面与树脂之间粘结性较差，界面之间结合力比较弱，从而影响其复合料的性能，使得复合材料的应用具有局限性，而且复合材料虽然在轻量化具有绝对优势，但不可避免的出现一些性能上的不足之处，如不耐蚀。另外，碳纤维虽然具有优良的力学性能，但是它也具有一定的脆性，单独使用难以完全发挥其功能，因此需要将其与一些基体材料相结合，这样才能充分利用碳纤维优异的力学性能。在碳纤维复合材料中，碳纤维起到增强作用，基体则作为承载体，通过纤维基体之间的界面与碳纤维进行载荷传递。碳纤维浸渍在树脂材料中，由于树脂的沉积而硬度变大，使得浸渍不均匀。
技术实现思路
针对上述的不足之一，本专利技术提供一种碳纤维增强基复合材料，通过工艺改善，使得碳纤维与树脂材料具有良好的粘结性，界面结合力增强，制备得到强度与隔热效果显著的整体均匀的复合材料。为了达到上述目的，本专利技术提供如下的技术方案：一种碳纤维增强基复合材料包括40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂。还提供一种碳纤维增强基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量百分比称取40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂；(2)将步骤(1)所述的碳纤维在80～100℃条件下机械混捏1h，升温至100～120℃机械混捏2h；(3)往混捏后的碳纤维中加入1～3份偶联剂进行处理；(4)将处理后的碳纤维与短切纤维浸渍在树脂中，并加入抗氧化剂；(5)采用程序升温加热固化：升温速率5℃/min，第一阶段：升温至150℃，保温0.5h；第二阶段：从150℃升温至200℃，保温1h；第三阶段：从200℃升温至350℃，保温2h；(6)将固化后的碳纤维进行高温碳化，致密化得到碳化的复合材料；优选地，步骤(1)所述的的碳纤维为聚丙烯晴与纤维素基的复合碳纤维。优选地，步骤(1)所述的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂的任一种。优选地，步骤(1)所述的短切纤维长度为5～10mm。优选地，步骤(1)所述的抗氧化剂为二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚、叔丁基对苯二酚中的一种或多种。优选地，步骤(3)所述的表面处理为：调配质量分数1～3份的硅烷偶联剂溶液，将碳纤维完全浸泡在溶液中，过滤，用流动的清水清洗，干燥即可。优选地，步骤(4)的浸渍工艺中，浸渍工艺中安装搅拌装置，对浸渍液进行搅拌，浸渍工艺持续1～3h。优选地，步骤(6)所述的高温碳化的温度为1000～1200℃，碳化时间1～3h。优选地，步骤(6)所述的高温碳化时通入惰性气体。本专利技术制备得到的复合材料中的气孔率为1～10％,密度为0.17～0.25g/cm3，碳含量达98％以上。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术硅烷偶联剂处理碳纤维原材料，与树脂粘结得到改善，界面结合紧密，加上纤维素存在的复合纤维对环化反应有促进作用，促进后续碳化进行，同时程序升温树脂受热逐渐固化，由线型变为具有高邻位的体型树脂，与碳纤维相连，形成致密的网络结构，综合上使得制备复合材料拉伸强度增加，复合材料的碳含量高达98％以上；另外，浸渍工艺安装搅拌装置进行间隔搅拌，不仅加快浸渍，使得浸渍更加均匀，更多的树脂包裹在碳纤维表面，有助于提高浸渍的质量，改善碳纤维增强基复合材料的整体均匀性。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。一种碳纤维增强基复合材料包括40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂。一种碳纤维增强基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量百分比称取40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂；(2)将步骤(1)所述的碳纤维在80～100℃条件下机械混捏1h，升温至100～120℃机械混捏2h；(3)往混捏后的碳纤维中加入1～3份偶联剂进行处理；(4)将处理后的碳纤维与短切纤维浸渍在树脂中，并加入抗氧化剂；(5)采用程序升温加热固化：升温速率5℃/min，第一阶段：升温至150℃，保温0.5h；第二阶段：从150℃升温至200℃，保温1h；第三阶段：从200℃升温至350℃，保温2h；(6)将固化后的碳纤维进行高温碳化，致密化得到碳化的复合材料；其中，步骤(1)所述的的碳纤维为聚丙烯晴与纤维素基的复合碳纤维；所述的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂的任一种；所述的短切纤维长度为5～10mm；所述的抗氧化剂为二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚、叔丁基对苯二酚中的一种或多种；步骤(3)所述的表面处理为：调配质量分数1～3％的硅烷偶联剂溶液，将碳纤维完全浸泡在溶液中，过滤，用流动的清水清洗，烘干干燥即可；步骤(4)的在浸渍液的底部安装具有多个水平方向叶片的搅拌装置，分别在浸渍液上层和浸渍液下层安装液体密度计，当检测到浸渍液中上层液体浓度与下层液体浓度差比值大于0.3～0.5，通过控制器开启搅拌装置对浸渍液进行搅拌15～20min，浸渍工艺持续1～3h；步骤(6)所述的高温碳化的温度为1000～1200℃，碳化时间1～3h；步骤(6)所述的高温碳化时通入惰性气体；制备得到的复合材料中的气孔率为1～10％,密度为0.17～0.25g/cm3，碳含量达98％以上。碳纤维表面平滑，呈现化学惰性，与树脂浸润性差，相容性不好，而使复合材料界面粘合性能差，本专利技术步骤(2)将碳纤维在不同温度下进行机械混捏，步骤(3)加入偶联剂进行处理，改善碳纤维表面与树脂之间粘结性较差，界面结合力较弱的缺点，提高了碳纤维与树脂的相容性和结合强度，促进后续步骤(4)的浸渍工艺中碳纤维与更多的树脂交联，并在浸渍液底部安装搅拌装置，不仅加快浸渍，使得浸渍更加均匀，更多的树脂包裹在碳纤维表面，有助于提高浸渍的质量，改善碳纤维增强基复合材料的整体均匀性；结合步骤(5)的程序升温树脂受热逐渐固化，由线型变为具有高邻位的体型树脂，与碳纤维相连，形成致密的网络结构，综合上使得制备复合材料拉伸强度增加，复合材料的碳含量高达98％以上。实施例1一种碳纤维增强基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量百分比称取40份碳纤维、45份树脂、0.1份短切纤维、1份抗氧化剂；(2)将步骤(1)所述的碳纤维在80℃条件下机械混捏1h，升温至100℃机械混捏2h；(3)往混捏后的碳纤维中加入1份偶联剂进行处理；(4)将处理后的碳纤维与短切纤维浸渍在树脂中，在浸渍液的底部安装具有多个水平方向叶片的搅拌装置，每隔20min用液体密度计检测浸渍液的上层液体浓度和下层液体浓度，当检测到浸渍液中上层液体浓度与下层液体浓度差比值大于0.3，开启搅拌装置对浸渍液进行搅拌15min，浸渍工艺持续1h并加入抗氧化剂；(5)采用程序升温加热固化：升温速率5℃/min，第一阶段：升温至150℃，保温0.5h；第二阶段：从150℃升温至200℃，保温1h；第三阶段：从200℃升温至350℃，保温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强基复合材料，其特征在于，包括如下重量份的成分：40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强基复合材料，其特征在于，包括如下重量份的成分：40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂。2.一种碳纤维增强基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照质量百分比称取40～50份碳纤维、35～45份树脂、0.1～1份短切纤维、1～10份抗氧化剂；(2)将步骤(1)所述的碳纤维在80～100℃条件下机械混捏1h，升温至100～120℃机械混捏2h；(3)往混捏后的碳纤维中加入1～3份偶联剂进行处理；(4)将处理后的碳纤维与短切纤维浸渍在树脂中，并加入抗氧化剂；(5)采用程序升温加热固化：升温速率5℃/min，第一阶段：升温至150℃，保温0.5h；第二阶段：从150℃升温至200℃，保温1h；第三阶段：从200℃升温至350℃，保温2h；(6)将固化后的碳纤维进行高温碳化，致密化得到碳化的复合材料。3.根据权利要求2所述的碳纤维增强基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的的碳纤维为聚丙烯晴与纤维素基的复合碳纤维。4.根据权利要求2所述的碳纤维增强基复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙晟，候振华，李恒文，
申请(专利权)人：佛山市石金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44