一种高耐磨碳纤维预浸料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高耐磨碳纤维预浸料及其制备方法，属于碳纤维复合材料技术领域。本发明专利技术具体以碳纤维、柳胺酚改性环氧树脂、聚苯乙烯丁二烯共聚物、槐豆胶、4

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨碳纤维预浸料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维复合材料
，具体涉及一种高耐磨碳纤维预浸料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维是一种含碳量在95％以上的新型纤维材料，其质量比金属铝轻，但强度却比钢铁高，具有优异的拉伸强度、耐高温性、柔韧性、耐无机酸碱试剂腐蚀、耐老化性等优势，是目前最常用的增强材料之一，被广泛应用于钓具、运动器材、体育用品、航空航天、军工产品等等。
[0003]碳纤维复合材料的关键技术在于纤维、树脂和预浸料的制备工艺，预浸料是复合材料生产中重要的中间产品，其质量直接影响复合材料的整体性能。碳纤维预浸料一般是由碳纤维纱、树脂、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成。基体树脂的选择很大程度上决定了复合材料的耐环境性能、韧性、工艺性能以及某些力学性能(如横向性能、压缩性能等)。因此，基体树脂的选择尤为关键。目前环氧树脂是使用最多的基体树脂，但环氧树脂的耐温性、耐光照能力差，且碳纤维主要由石墨基碳构成，具有天然的化学惰性，表面能较高，与环氧树脂的结合性差，界面结合力弱，导致复合材料的压缩、弯曲和层间剪切强度都比较低，影响材料性能的进一步提高，限制其应用范围。
[0004]专利CN107057283A公开了一种提高碳纤维环氧树脂界面结合力的方法，是通过在环氧树脂中添加氧化石墨烯、碳纳米管和异氰酸酯来提高环氧树脂和碳纤维的界面结合力和浸润效果，从而提高复合材料的弯曲强度和层间剪切强度。专利CN106046682A公开了一种提高环氧树脂纤维复合材料性能的方法，是通过在环氧树脂中添加埃洛石/碳纳米复合材料来改善环氧树脂和纤维的界面结合力，提高整体性能。CN102295740A的专利申请提供了一种聚酰胺酰亚胺固化的环氧树脂复合方法，其采用固化剂聚酰胺酰亚胺或聚酰胺酰亚胺与其他固化剂的混合物对环氧树脂进行固化，根据环氧树脂中的环氧官能团与聚酰胺酰亚胺中酰胺官能团的化学当量进行推算原料中各种组分的不同配比，使得聚酰胺酰亚胺起到了很好的固化作用，但会使环氧树脂凝胶时间短，与碳纤维间的界面相容性差，影响碳纤维的力学性能。尽管对于碳纤维预浸料的研究已经取得了很大的进展，但目前碳纤维复合材料的耐磨性和力学强度等方面仍存在欠缺。
[0005]因此，研发出一种具有优异的耐磨性和力学强度的碳纤维预浸料迫在眉睫。

技术实现思路

[0006]基于上述碳纤维预浸料中存在的问题，本专利技术提供了一种碳纤维预浸料，通过在预浸料中添加柳胺酚改性环氧树脂，环氧树脂通过柳胺酚改性后，弥补了韧性差、环氧树脂与碳纤维相容性差的缺陷，环氧树脂与碳纤维相容性好，提高了碳纤维预浸料的力学性能、耐高温性能，而且通过各组分的协调作用，所得碳纤维预浸料还具有优异的耐磨性能，同时预浸料在常温下稳定性好，可长期储存，具有广阔的应用前景。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案。
[0008][1]一种碳纤维预浸料，以重量份计，包含下述组分：
[0009]碳纤维30～40重量份、柳胺酚改性环氧树脂35～50重量份、聚苯乙烯丁二烯共聚物12～20重量份、槐豆胶2～3重量份、4
‑
乙酰氨基水杨酸4～7重量份、改性碳化硅粉末3～5重量份、固化剂1～3重量份、促进剂2～5重量份。
[0010]本申请通过以碳纤维、柳胺酚改性环氧树脂、聚苯乙烯丁二烯共聚物、槐豆胶、4
‑
乙酰氨基水杨酸、改性碳化硅粉末、固化剂、促进剂为原料制备碳纤维预浸料，各组分相容性好，通过各组分的协调作用，弥补了现有技术中碳纤维预浸料的缺陷，材料的耐磨性、耐高温性能、力学性能和稳定性提升，使其在民用、航空航天、军工的应用更加广泛。
[0011]在一些具体实施方案中，苯乙烯
‑
丁二烯共聚物中丁二烯占共聚物摩尔量的10～50％，优选为25～40％；数均分子量为1～4
×
10
‑5，优选1.5～2
×
10
‑5，分子量分布1～1.3。在本申请中，共聚物是以特定比例的丁二烯和苯乙烯聚合而成，兼具良好的韧性和刚性，可提高预浸料的力学性能，提升冲击性能，为保证预浸料的加工性和整体性能，聚苯乙烯丁二烯共聚物的添加量低于改性环氧树脂的量。
[0012]在一些具体实施方案中，固化剂为芳香胺类固化剂、聚醚胺类固化剂、多元羧酸酐固化剂中的任一种或几种的混合物。
[0013]在一些具体实施方案中，促进剂为脲类促进剂。
[0014]在一些具体实施方案中，改性环氧树脂是以双酚A、柳胺酚、环氧氯丙烷在碱性条件下反应制得。
[0015]在一些具体实施方案中，双酚A、柳胺酚、环氧氯丙烷的摩尔比为2～4:0.2～0.4:10。
[0016]进一步地，改性环氧树脂具体经由下述方法制备得到：
[0017]将双酚A、柳胺酚、环氧氯丙烷混合，加入助剂，在N2保护下，搅拌使其完全溶解；再向其中加入NaOH，加入的NaOH与环氧氯丙烷的摩尔比为0.2～0.4:1，30～50℃下反应2～6h；过滤；将滤液静置分层，除去水层后减压蒸馏，得到产物。
[0018]更进一步地，所述助剂为四丁基溴化铵、四丁基硫酸氢铵、四丁基氯化铵、四乙基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、甲基三辛基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵的一种或几种的混合物，加入的助剂为环氧氯丙烷质量的0.4～1％，
[0019]更进一步地，减压蒸馏过程中的温度范围为80～95℃。
[0020]本申请通过采用上述技术方案，以双酚A、柳胺酚与环氧氯丙烷反应制得环氧树脂，在制备过程中，通过添加柳胺酚，柳胺酚中含有双酚羟基，可以与环氧氯丙烷反应从而嵌段在环氧树脂链段中，控制柳胺酚的添加量，不仅不会影响双酚A环氧树脂的特性，强度高、粘接性强，且弥补了固化后环氧树脂交联密度高，导致的内应力大、韧性差脆性大、抗冲击性差的缺陷，这可能是特定摩尔量柳胺酚的引入，所得环氧树脂分子链中分子间的距离增大，分子间的作用力降低，使得链段的运动能力变易，减少聚合物分子之间的相互缠绕，对环氧树脂具有良好的增韧效果，脆性减少，使得固化后的环氧树脂兼具良好的韧性和强度；柳胺酚的添加，还具有提升环氧树脂耐高温性能的作用，从而提高碳纤维预浸料的耐高温性能，这可能与柳胺酚分子中的酰胺基团有关；同时还发现，环氧树脂中引入柳胺酚，可
提高环氧树脂的分散性，增加环氧树脂与碳纤维的结合，环氧树脂与碳纤维的相容性变好，弯曲强度和层间剪切强度得到提升。
[0021]在一些具体实施方案中，槐豆胶、4
‑
乙酰氨基水杨酸的添加重量比为1:2～2.6。
[0022]在本申请中，通过在碳纤维预浸料中添加槐豆胶、4
‑
乙酰氨基水杨酸，利用槐豆胶、4
‑
乙酰氨基水杨酸的相互作用，增加了材料的稳定性，使材料在常温下储存较长时间后，仍能保留较好的性能，这可能是因为槐豆胶、4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维预浸料，其特征在于，以重量份计，包含下述组分：碳纤维30～40重量份、柳胺酚改性环氧树脂35～50重量份、聚苯乙烯丁二烯共聚物12～20重量份、槐豆胶2～3重量份、4
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乙酰氨基水杨酸4～7重量份、改性碳化硅粉末3～5重量份、固化剂1～3重量份、促进剂2～5重量份。2.根据权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，苯乙烯
‑
丁二烯共聚物中丁二烯占共聚物摩尔量的10～50％，数均分子量为1～4
×
10
‑5，分子量分布1～1.3。3.根据权利要求1所述的碳纤维预浸料，其特征在于，柳胺酚改性环氧树脂是以双酚A、柳胺酚、环氧氯丙烷在碱性条件下反应制得。4.根据权利要求3所述的碳纤维预浸料，其特征在于，双酚A、柳胺酚、环氧氯丙烷的摩尔比为2～4:0.2～0.4:10。5.根据权利要求3或4所述的碳纤维预浸料，其特征在于，柳胺酚改性环氧树脂经由下述方法制备得到：将双酚A、柳胺酚、环氧氯丙烷、助剂混合，在N2保护下，搅拌使其完全溶解；再向其中加入NaOH，加入的NaOH与环氧氯丙烷的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周喜武，
申请(专利权)人：威海蓝科复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：