碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法，包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂75

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维复合材料
，具体是碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源危机催生了运载行业对轻量化结构材料的强烈需求，碳纤维作为一种高性能纤维，具有比模量高、强度高、热学性能优异、化学稳定性好等特点，是优异的增强体材料，碳纤维增强热塑性复合材料相较于传统碳纤维增强热固性复合材料，具有高韧性、成型周期短、加工特性与金属接近等优势，且具有更好的回收适用性和大规模生产能力，是一种性能优越的轻量化结构材料，因此碳纤维增强热塑性复合材料作为未来最重要的轻量化结构材料受到运载行业的广泛重视。
[0003]但是现有的碳纤维热塑性复合材料硬度较差，用这些材料制备的外壳、发动机外罩等产品时，在发生磕碰后容易造成损坏，并且现有的碳纤维热塑性复合材料性能单一，因此，亟需一种碳纤维增强热塑性复合材料来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供碳纤维增强热塑性复合材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]碳纤维增强热塑性复合材料，包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂75
‑
100份、碳纤维60
‑
80份、纳米二氧化硅10
‑
15份、氦气120
‑
135份、硅烷偶联剂3
‑
7份、环氧上浆剂13
‑
17份、过氧乙酸1
‑
4份、石墨烯2
‑
6份。
[0007]作为本专利技术进一步的方案：包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂85
‑
100份、碳纤维60
‑
75份、纳米二氧化硅12
‑
15份、氦气120
‑
130份、硅烷偶联剂4
‑
7份、环氧上浆剂15
‑
17份、过氧乙酸1
‑
3份、石墨烯4
‑
6份。
[0008]作为本专利技术进一步的方案：包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂90份、碳纤维70份、纳米二氧化硅14份、氦气125份、硅烷偶联剂6份、环氧上浆剂16份、过氧乙酸2份、石墨烯5份。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺中的一种。
[0010]碳纤维增强热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1：按重量份选取热塑性树脂、碳纤维，将热塑性树脂、碳纤维通过烘干机进行充分烘干，烘干时长为2
‑
3小时；
[0012]S2：将S1中烘干的碳纤维置于氦气空间内进行等离子改性处理，从而对碳纤维表面进行刻蚀处理，从而增加碳纤维的抗拉强度；
[0013]S3：将S2中处理后的碳纤维加入纳米二氧化硅、硅烷偶联剂，硅烷偶联剂加强碳纤
维和纳米二氧化硅的结合性，从而增加碳纤维的抗冲击性；
[0014]S4：将S3中处理后的碳纤维加入石墨烯、过氧乙酸，增加碳纤维的化学活性及表面自由能，从而增加与热塑性树脂之间的浸润性，提高复合材料的界面黏结性能；
[0015]S5：将S1中烘干的热塑性树脂加入环氧上浆剂，并通过加热器进行加温，加温过程中进行充分搅拌混合，得到热塑性树脂混合物；
[0016]S6：将S5得到的热塑性树脂混合物与S4得到的碳纤维在搅拌机内高速混合，然后将混合得到的物料加入到挤出机内，挤出造粒，自然冷却后，得到碳纤维增强热塑性复合材料。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：在S5中，加热器加热时长2
‑
3小时，加热温度为300
‑
350℃。
[0018]作为本专利技术再进一步的方案：所述硅烷偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术碳纤维置于氦气空间内进行等离子改性处理，从而对碳纤维表面进行刻蚀处理，从而增加碳纤维的抗拉强度，并且碳纤维加入纳米二氧化硅、硅烷偶联剂，硅烷偶联剂加强碳纤维和纳米二氧化硅的结合性，从而增加碳纤维的抗冲击性，以及碳纤维加入石墨烯、过氧乙酸，增加碳纤维的化学活性及表面自由能，从而增加与热塑性树脂之间的浸润性，提高复合材料的界面黏结性能，大大增加碳纤维热塑性复合材料的硬度，实现了本专利技术碳纤维增强热塑性复合材料性能的多样性。
附图说明
[0021]图1为碳纤维增强热塑性复合材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0022]以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0023]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0024]另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
[0025]实施例一
[0026]碳纤维增强热塑性复合材料，包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂75份、碳纤维60份、纳米二氧化硅10份、氦气120份、硅烷偶联剂3份、环氧上浆剂13份、过氧乙酸1份、石墨烯2份。
[0027]优选的，在本实施例中，所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺中的一种。
[0028]碳纤维增强热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1：按重量份选取热塑性树脂、碳纤维，将热塑性树脂、碳纤维通过烘干机进行充分烘干，烘干时长为2
‑
3小时；
[0030]S2：将S1中烘干的碳纤维置于氦气空间内进行等离子改性处理，从而对碳纤维表面进行刻蚀处理，从而增加碳纤维的抗拉强度；
[0031]S3：将S2中处理后的碳纤维加入纳米二氧化硅、硅烷偶联剂，硅烷偶联剂加强碳纤维和纳米二氧化硅的结合性，从而增加碳纤维的抗冲击性；
[0032]S4：将S3中处理后的碳纤维加入石墨烯、过氧乙酸，增加碳纤维的化学活性及表面自由能，从而增加与热塑性树脂之间的浸润性，提高复合材料的界面黏结性能；
[0033]S5：将S1中烘干的热塑性树脂加入环氧上浆剂，并通过加热器进行加温，加温过程中进行充分搅拌混合，得到热塑性树脂混合物；
[0034]S6：将S5得到的热塑性树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂75
‑
100份、碳纤维60
‑
80份、纳米二氧化硅10
‑
15份、氦气120
‑
135份、硅烷偶联剂3
‑
7份、环氧上浆剂13
‑
17份、过氧乙酸1
‑
4份、石墨烯2
‑
6份。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂85
‑
100份、碳纤维60
‑
75份、纳米二氧化硅12
‑
15份、氦气120
‑
130份、硅烷偶联剂4
‑
7份、环氧上浆剂15
‑
17份、过氧乙酸1
‑
3份、石墨烯4
‑
6份。3.根据权利要求2所述的碳纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，包括以下按重量份组成的原料：热塑性树脂90份、碳纤维70份、纳米二氧化硅14份、氦气125份、硅烷偶联剂6份、环氧上浆剂16份、过氧乙酸2份、石墨烯5份。4.根据权利要求3所述的碳纤维增强热塑性复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺中的一种。5.一种如权利要求1
‑
4所述的碳纤维增强热塑性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑磊，王号朋，周璇，吴立新，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：