[发明专利]一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料的工业制备，尤其涉及一种采用MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料，明显改善CF/EP层合板复合材料力学性能的制备方法。

背景技术

碳纤维具有低密度、高比强度、高比模量、耐化学腐蚀等特性，利用碳纤维作为增强体的复合材料已广泛用于航空航天、国防军工和建筑等众多领域。尤其是碳纤维增强的树脂基复合材料，综合性能好、适应性广和应用面大。

碳纤维复合材料的性能主要取决于纤维和基体本身的力学性能、纤维的表面性能以及纤维与基体之间的界面。未处理的碳纤维表面性能低，呈现憎液性，与树脂基体很难浸润完全(如图1a和图1b所示)，而且碳纤维活性表面积小，边缘活性碳原子数目少，不易与基体形成良好界面，致碳纤维与基体树脂的界面粘结状况难以达到预期的要求，从而限制了碳纤维复合材料的应用。一直以来人们通过各种化学方法，包括表面接枝、涂层、氧化和活化等方法来改善碳纤维表面的惰性及其复合材料的界面性能。

碳纳米管被称为“终极”纤维，具有优良的力、电和热等性质。最近美国科学家将碳纳米管与碳纤维层垂直排列，然后对碳纤维层之间的聚合物进行加热，液化后的聚合物会将碳纳米管吸收进去，起到“装订”碳纤维层的作用，使材料变得更坚固。

发明内容

鉴于上述现有技术碳纤维与基体树脂的界面粘合性能无法达到预期的要求，极大地限制了碳纤维复合材料的应用，本发明的目的旨在于提供一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法，解决碳纤维表面性能差，不易与基体形成良好界面的问题。

本发明的上述目的，其实现的技术方案是：

一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法，其特征在于：选用匹配于MWNTs的分散剂，将加入MWNTs的分散剂超声处理获得均匀分散的MWNTs分散液，再利用喷雾器将所述MWNTs分散液均匀喷涂在碳纤维织物上，经干燥处理后与环氧树脂热压成型，最终制得MWNTs杂化的CF/EP层合板复合材料。

进一步地，前述一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法，其中该匹配于MWNTs的分散剂选为质量浓度0.1％～5％的胆酸盐水溶液，制备得到质量浓度范围为0.01％～0.2％的MWNTs分散液。而且，当以胆酸盐水溶液作为MWNTs分散剂，分散液在碳纤维织物上均匀喷涂后，干燥处理温度为110℃，干燥时间3～5小时。

进一步地，前述一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法，其中该匹配于MWNTs的分散剂选为N，N-二甲基甲酰胺(以下简称DMF)，制备得到浓度范围为0.1mg/ml～20mg/ml的MWNTs分散液。而且，当以DMF作为MWNTs分散剂，分散液在碳纤维织物上均匀喷涂后，干燥处理温度为170℃，干燥时间5～8小时。

进一步地，前述一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法，其中该匹配于MWNTs的分散剂选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，制备得到浓度范围为0.1mg/ml～20mg/ml的MWNTs分散液。而且，当以NMP作为MWNTs分散剂，分散液在碳纤维织物上均匀喷涂后，干燥处理温度为220℃，干燥时间5～8小时。

更进一步地，前述一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法中，用于分散MWNTs的超声处理功率低于600W。

实施本发明的技术方案，较之于现有技术其显著的优点在于：

采用在CF/EP复合材料加工过程中引入MWNTs，以改善碳纤维织物的表面性能，从而改善其与树脂基体之间的界面结合性能，进一步提高了复合材料的力学性能。同时为制备力学性能更加优异的新型超轻、超强纳米复合材料奠定了基础。

附图说明

图1a是未处理的碳纤维的SEM照片；

图1b是经氨基化MWNTs分散液喷涂处理的碳纤维的SEM照片；

图2a是由未处理的碳纤维制成的CF/EP层合板复合材料断面的SEM照片；

图2b是由经氨基化的MWNTs分散液喷涂处理的碳纤维制成的CF/EP层合板复合材料断面的SEM照片。

具体实施方式

为使本发明一种MWNTs杂化CF/EP层合板复合材料的制备方法更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明一具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。