一种碳纤维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复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料包括碳纤维布，以及涂覆在碳纤维布上的石墨烯改性碳纤维黏合树脂。本发明专利技术提供的碳纤维复合材料添加了石墨烯改性的碳纤维黏合树脂，提高了其机械性能，尤其是韧性，其弯曲应变增加20～30%；所述方法操作简单，成本低，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料包括碳纤维布，以及涂覆在碳纤维布上的石墨烯改性碳纤维黏合树脂。本专利技术提供的碳纤维复合材料添加了石墨烯改性的碳纤维黏合树脂，提高了其机械性能，尤其是韧性，其弯曲应变增加20～30%；所述方法操作简单，成本低，易于工业化生产。【专利说明】
本专利技术属于碳纤维复合材料
，具体涉及一种石墨烯改性碳纤维黏合树脂涂覆的碳纤维复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳纤维(carbon fiber)具有碳材料的固有本征特性,且兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性好。碳纤维是强度高、密度低、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳和抗蠕变等性能优异，可以代替钢材和合金作为复合材料中的增强材料，从而在航空航天、汽车和运动器材等领域获得了广泛地应用。近年来，人们对于碳纤维复合材料，尤其是维材料的性能要求也越来越高。纤维生产技术的日趋成熟，碳纤维自身的性能已经得到了很大的提高，而碳纤维的性能的提高则受到粘合剂的制约。现有的碳纤维的粘合剂多为环氧树脂、酚醛树脂和聚氨基树脂，它们具有粘结力强、耐化学腐蚀等优点，CN102797157A公开了一种碳纤维浸溃液，包括液料A和液料B制成；所述液料A包括如下材料制成:树脂、增韧剂、固化剂、交联剂、内脱模剂、偶联剂、阻聚齐U，消泡剂；所述液料B包括如下材料制成:饱和树脂、苯乙烯、活性二价金属氧化物、防沉降剂。该专利提供的碳纤维浸溃液不采用离型纸、不需要烘干、没有可挥发性溶剂，设备简单、操作方便。但是，现有的碳纤维的粘合剂脆性大，严重影响了碳纤维的力学性能。本领域亟需开发一种粘结力强、耐化学腐蚀、韧性好、力学性能优异的的碳纤维复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料的粘结力强、耐化学腐蚀、韧性好、力学性能优异。本专利技术所述的碳纤维复合材料包括碳纤维布，以及涂覆在碳纤维布上的石墨烯改性碳纤维黏合树脂。本专利技术所述石墨烯改性碳纤维黏合树脂包括黏合树脂、固化剂和石墨烯粉。以石墨烯为增强体制备树脂基复合材料，然后再将所述复合材料作为粘合剂涂覆并热压入碳纤维中，制备成石墨烯改性的碳纤维黏合树脂/碳纤维复合材料。石墨烯具有优异的力学性能、优越的电子运输能力和优良的电化学性能。本专利技术将石墨烯均匀地分散在碳纤维黏合树脂中，然后将该树脂体系热压涂覆于碳纤维上，从而石墨烯也就很好的分散在碳纤维的各个孔隙中，得到碳纤维复合材料。本专利技术所述石墨烯改性碳纤维黏合树脂中，石墨烯粉的质量百分比为0.05?lwt%,例如 0.lwt%、0.3wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、0.9wt% 等。优选地，所述石墨稀粉为片状石墨稀粉末，所述片状石墨稀粉末优选厚度为I?IOnm,平面最大尺寸为I?5μηι的石墨烯粉。所述片状石墨烯粉末的厚度典型但非限制性的选自2nm、4nm、5nm、7nm、8nm、9nm等；平面最大尺寸典型但非限制性的选自1.2μηι、1.7 μ m、3 μ m、3.7 μ m、4.2 μ m、4.7 μ m 等。本专利技术的目的之二是提供一种如目的之一所述的碳纤维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:(I)制备石墨烯改性碳纤维黏合树脂；(2)将石墨烯改性碳纤维黏合树脂涂布于碳纤维布上，热压成型得到碳纤维复合材料。步骤(I)所述石墨烯改性碳纤维黏合树脂包括0.05?lwt%的石墨烯粉,例如0.lwt%、0.3wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、0.9wt% 等。优选地，步骤(I)所述石墨烯改性碳纤维黏合树脂包括40?70wt%的黏合树脂、30?60wt%的固化剂以及0.05?lwt%的石墨烯粉，所述石墨烯改性树脂各组分之和为100wt%o其中，所述黏合树脂选自环氧树脂、酚醛树脂或聚氨基树脂中的任意一种，优选缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂或脂环族类环氧树脂中的任意I种；进一步优选双酚A环氧树脂、双酚S环氧树脂、双酚F环氧树脂、环氧化线型酚醛树脂、对氨基苯酚三缩水甘油基环氧树脂中的任意I种，特别优选优选双酚A环氧树脂或双酚F环氧树脂中的任意I种。所述固化剂选自改性脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂、有机酰肼类固化剂、路易斯酸固化剂或微胶囊类固化剂中的任意I种，进一步优选为双氰胺类固化剂。本专利技术步骤(I)所述石墨烯改性碳纤维黏合树脂的制备方法为:首先将配方量的石墨烯粉与固化剂混合，研磨搅拌；然后向混合物中加入黏合树脂，继续研磨。优选地，石墨烯粉与固化剂研磨搅拌的时间为30min?2h,例如35min、42min、47min、55min、59min、lh、1.3h、l.5h、l.7h、l.9h等;黏合树脂加入后，继续研磨搅拌的时间为 30min ?5h,例如 35min、52min、lh、1.5h、l.9h、2.3h、2.7h、3.lh、3.6h、4.2h、4.7h、4.9h坐寸ο本专利技术所述的热压成型的压力为4MPa?lOMPa，例如4.3MPa、4.9MPa、5.3MPa、5.6MPa、6.5MPa、7.lMPa、7.6MPa、8MPa、8.8MPa、9.4MPa、9.9MPa 等；热压成型的温度为 60 ?200 °C，例如 66 0C >84 °C、100 °C、107 °C >121 °C > 129 °C、140 °C、148 °C、159 °C、167 °C、175 °C、184°C、192°C、198°C等，时间为 2 ?12h，例如 4h、6h、8h、9h、10h、Ilh 等。本专利技术所述热压成型的压力和时间，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，如可以选择程序升温，或者恒温保持，本专利技术不做具体限定。优选地，所述热压成型的过程为:将涂布了石墨烯改性碳纤维黏合树脂的碳纤维布在4MPa?IOMPa的成型压力下，在60?100°C恒温0.5?3h后，升温至100?150°C恒温0.5?2h，继续升温至150?200°C恒温Ih?5h。本专利技术把石墨烯与黏合树脂和固化剂通过研磨搅拌混合均匀，然后将石墨烯改性碳纤维黏合树脂体系涂覆热压入碳纤维中。该方法操作简单，成本低，易于工业化生产。作为优选技术方案，所述的碳纤维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:(I)将配方量的石墨烯粉与固化剂混合，研磨搅拌30min?2h ;然后向混合物中加入黏合树脂，继续研磨30min?5h，得到石墨烯改性碳纤维黏合树脂；(2)将石墨烯改性碳纤维黏合树脂涂布于碳纤维布上，将涂布了石墨烯改性碳纤维黏合树脂的碳纤维布在4MPa?IOMPa的成型压力下,在60?100°C恒温0.5?3h后,升温至100?150°C恒温0.5?2h，继续升温至150?200°C恒温Ih?5h，成型得到碳纤维复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果:(I)本专利技术提供的碳纤维复合材料添加了石墨烯改性的碳纤维黏合树脂，提高了其机械性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料包括碳纤维布，以及涂覆在碳纤维布上的石墨烯改性碳纤维黏合树脂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡燕，刘琼馨，瞿研，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：