一种碳纤维增强复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维增强复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该材料由以下重量份组分的原料制得：改性碳纤维20~30份，PBT 50~65份，PC 30~45份，聚环氧乙烷5~10份，抗氧剂1~3份，润滑剂1~2份。本申请提供的碳纤维增强复合材料及其制备方法无需界面改性剂即可改善碳纤维与树脂之间的结合问题，柔韧性好，具有优异的声学性能，适用于替代木材制作乐器。作乐器。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，涉及一种碳纤维增强复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统乐器的主体材料大多为木材，对选材的要求极高，要求木材无开裂、节子、虫眼等缺陷，对密度、宽度、年轮也有具体要求，且原木出材率低，近年来木材资源匮乏，乐器用木材尺寸稳定性、耐湿热性能差，用于制备乐器的制备工艺相对复杂等种种因素限制下，人们对寻找新的可替代木材的乐器用材料的需求越发迫切。
[0003]研究表明，与传统乐器用木材相比，碳纤维复合材料拥有与木质结构相类似的各向异性结构，在一定程度上可得到与木材相差无几的音质效果。且碳纤维具有优异的振动特性，并且拥有比模量高、弯曲强度大、耐疲劳性能好，受环境温度湿度影响小等特点，与有优良的热稳定性、高韧性、力学性能及尺寸稳定性的热塑性树脂材料复合使用，使得碳纤维复合材料制备的乐器拥有高结构可设计性、耐冲击、耐腐蚀、耐高温、声学品质稳定性好等优异性能。
[0004]但碳纤维复合材料中碳纤维表面的石墨晶体结构使得碳纤维界面性能差，反应不活跃，与树脂材料之间浸润性、粘结性差，导致制得的复合材料柔韧性差，脆性大，易氧化，严重限制了碳纤维复合材料在乐器制作中的应用。
[0005]中国专利CN114231002A《一种PC复合材料及其制备方法与应用》公开了一种PC复合材料，包括PC、碳纤维、界面改性剂，通过加入界面改性剂改善碳纤维与PC之间的浸润性、粘结性，从而改善乐器的发声特性。但是，该PC复合材料需要加入大量界面改性剂，且其声学性能仍需进一步提升。

技术实现思路

[0006]为了解决现有碳纤维复合材料中碳纤维表面的石墨晶体结构使得碳纤维界面性能差，反应不活跃，与树脂材料之间浸润性、粘结性差，导致制得的复合材料柔韧性差，脆性大，易氧化，制得的复合材料柔韧性差，声学性能仍需进一步提升等问题，本专利技术提供一种碳纤维增强复合材料及其制备方法，无需界面改性剂即可改善碳纤维与树脂之间的结合问题，柔韧性好，具有优异的声学性能。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种碳纤维增强复合材料。
[0008]本专利技术的另一目的是提供上述碳纤维增强复合材料的制备方法。
[0009]本专利技术的另一目的是提供上述碳纤维增强复合材料在乐器中的应用。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种碳纤维增强复合材料，由以下重量份组分的原料制得：改性碳纤维20~30份，PBT 50~65份，PC 30~45份，聚环氧乙烷5~10份，抗氧剂1~3份，润滑剂1~2份。
[0011]PBT作为五大工程塑料之一，具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，易于加工成型，与碳
纤维复合使用可以使其力学性能大幅上升，适用于制造乐器，但是添加增强纤维后，会使得PBT的尺寸稳定性发生变化，且由于纤维材料在PBT基材中分布取向的问题，会严重影响PBT材料质量分布的平衡度。
[0012]本申请将通过超声
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电化学法负载氧化石墨烯并接枝乙二醇的改性碳纤维与PBT、PC、聚环氧乙烷及其他组分以特定配比复配制得碳纤维增强复合材料，改性碳纤维表面的乙二醇与PBT中的反应基团反应生成聚酯，从而提高了改性碳纤维与PBT之间的浸润性和粘结性，而氧化石墨烯的加入增加了改性碳纤维表面的缺陷，大大增强了改性碳纤维的界面结合力，且氧化石墨烯与碳纤维复合使得改性碳纤维的力学性能也有大幅提升；并通过聚环氧乙烷对PBT改性，提高PBT与改性碳纤维的相容度，提高PBT的尺寸稳定性，并改善碳纤维增强复合材料质量分布的平衡度，提高材料的柔韧性和力学性能，从而有效的提高音色；而PC的加入改善了复合材料缺口冲击强度低的缺陷，提高了材料的柔韧性，使得音色更加饱满，具有优异的声学性能。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述碳纤维增强复合材料由以下重量份组分的原料制得：改性碳纤维24~28份，PBT 52~61份，PC 33~45份，聚环氧乙烷5~8份，抗氧剂2份，润滑剂1份。
[0014]优选地，所述改性碳纤维通过以下方法制备得到：S1.将氧化石墨烯和乙二醇按质量比1:4~7溶于N，N
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二甲基甲酰胺中混合均匀，超声搅拌10min，制得电解液；S2.将碳纤维作为电源负极，S1中所得电解液为电解液，石墨电极为正极，在20~30V电压下超声30min，取出负极材料洗涤，80℃真空干燥6h，即得改性碳纤维。
[0015]本申请通过超声
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电化学法先将氧化石墨烯和乙二醇超声混合得到电解液，再将碳纤维作为负极和电解液同时进行超声
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电化学沉积，通过超声
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电化学沉积，利用超声使氧化石墨烯与碳纤维的界面结合力大幅增加，增加改性碳纤维表面的缺陷，大幅提升改性碳纤维的力学性能；同时通过电化学沉积将氧化石墨烯和乙二醇均匀负载到碳纤维表面，即在负载氧化石墨烯的碳纤维上接枝乙二醇，增加改性碳纤维和树脂之间的界面相容性，并大大提高改性碳纤维和树脂复合材料的力学性能，从而改善材料的声学性能。
[0016]优选地，所述抗氧剂为亚磷酸酯。
[0017]优选地，所述润滑剂为硅酮。
[0018]所述碳纤维增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：按相应重量份将改性碳纤维、PBT、PC、聚环氧乙烷、抗氧剂、润滑剂加入高速混合机熔融共混，得到均匀物料，再通过挤出机在220~280℃下挤出造粒，即得所述碳纤维增强复合材料。
[0019]优选地，所述熔融共混前还包括先将PBT与聚环氧乙烷预混合的步骤。
[0020]所述碳纤维增强复合材料应用于乐器制造。
[0021]本专利技术的有益效果：（1）本申请将通过超声
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电化学法负载氧化石墨烯并接枝乙二醇的改性碳纤维与PBT、PC、聚环氧乙烷及其他组分以特定配比复配制得碳纤维增强复合材料，通过改性碳纤维表面接枝的乙二醇与PBT中的反应基团反应生成聚酯，及聚环氧乙烷对PBT改性提高PBT
与改性碳纤维的相容度，无需界面改性剂即可改善碳纤维与树脂之间的结合问题。
[0022]（2）本申请负载氧化石墨烯的改性碳纤维具有优异的力学性能，而聚环氧乙烷和PC的加入有效改善了碳纤维增强复合材料质量分布的平衡度和复合材料缺口冲击强度低的缺陷，提高了碳纤维增强复合材料的柔韧性和力学性能，使得音色更加饱满，具有优异的声学性能。
[0023]（3）本专利技术所制碳纤维增强复合材料易于成型，具有较高的储能模量和较低的耗能模量，音量响亮，声音清晰持久，音质和音色优异，方便加工，适用于制造乐器。
具体实施方式
[0024]为更进一步阐述本专利技术为实现预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0025]实施例中的原料均可通过市售得到；除非特别说明，本专利技术所采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强复合材料由以下重量份组分的原料制得：改性碳纤维20~30份，PBT 50~65份，PC 30~45份，聚环氧乙烷5~10份，抗氧剂1~3份，润滑剂1~2份；所述改性碳纤维通过以下方法制备得到：S1.将氧化石墨烯和乙二醇按质量比1:4~7溶于N，N
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二甲基甲酰胺中混合均匀，超声搅拌10min，制得电解液；S2.将碳纤维作为电源负极，S1中所得电解液为电解液，石墨电极为正极，在20~30V电压下超声30min，取出负极材料洗涤，80℃真空干燥6h，即得改性碳纤维。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强复合材料由以下重量份组分的原料制得：改性碳纤维24~28份，PBT 52~61份，PC ...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁庆宝，
申请(专利权)人：广州市威柏乐器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：