[发明专利]一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合材料领域，特别涉及一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有比强度和比模量高、性能可设计和易于整体成型等许多优异特性，使其在军用和民用领域得到了日益广泛的应用，特别是航天航空领域。目前，纤维增强复合材料在汽车领域的应用也引起了很大的关注，特别是碳纤维/环氧树脂复合材料。碳纤维/环氧树脂复合材料是一种高强度复合材料，主要作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的环氧树脂组成，在众多轻量化材料中具有较高的比强度、比模量，轻量化效果十分明显的优点。

随着人们消防安全意识的提高，对于复合材料阻燃性能的要求也越来越高。很多复合材料中的主要组分为环氧树脂，但是对于环氧树脂而言，易燃烧的特性限制了其在很多领域的应用。因此，研制高性能阻燃碳纤维增强环氧树脂复合材料具有重要的意义。但是以往的碳纤维/环氧树脂复合材料中的阻燃剂均为含卤阻燃剂，当碳纤维/环氧树脂复合材料燃烧后，会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，从而对环境造成二次危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，该复合材料中的阻燃剂的分解产物以及阻燃环氧树脂的燃烧产物中腐蚀性物质、有毒物较少，大大降低了对于环境的二次污染，且阻燃效果好。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种碳纤维/环氧树脂复合材料，其包括：由液态环氧树脂交联固化后形成的固态环氧树脂、使液态环氧树脂交联固化的固化剂、有机磷类阻燃剂、碳纤维。

优选的是，所述液态环氧树脂在25℃时的粘度为100cps～5000cps。

优选的是，所述有机磷类阻燃剂包括磷酸酯、缩聚磷酸酯、氧化膦和磷杂环化合物中的一种或者几种混合物。

优选的是，所述碳纤维包括3K、6K、12K、24K、48K的平纹或者斜纹碳纤维布、或者单向碳纤维无纬布中的任意一种。

优选的是，所述的碳纤维/环氧树脂复合材料包括：100质量份的由液态环氧树脂交联固化后形成的固态环氧树脂、10～40质量份的使液态环氧树脂交联固化的固化剂。

优选的是，所述有机磷类阻燃剂的质量为由液态环氧树脂交联固化后形成的固态环氧树脂和使液态环氧树脂交联固化的固化剂的质量之和的5%～25%、所述碳纤维的质量为由液态环氧树脂交联固化后形成的固态环氧树脂质量的60%～70%。

本发明还提供上述的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将有机磷类阻燃剂与液态环氧树脂混合；

（2）加入使液态环氧树脂交联固化的固化剂；

（3）采用复合材料成型工艺，通过使用碳纤维及上述混合物，在液态环氧树脂交联固化形成固态环氧树脂后，制备得到碳纤维/环氧树脂复合材料。

优选的是，所述步骤（1）中的混合物搅拌0.5～2小时，再在40℃～60℃的温度下放置1～3小时；

和/或所述步骤（2）中的混合物搅拌10～30分钟。

优选的是，当所述液态环氧树脂在25℃时的粘度不小于500cps时，在所述步骤（1）中，还需要加入稀释剂，其中，所述液态环氧树脂为100质量份，所述固化剂为10～40质量份，所述稀释剂为0～15质量份。

优选的是，所述稀释剂为丙酮、乙醇、醋酸乙酯、二甲基甲酰胺中的任意一种或几种。

优选的是，所述复合材料成型工艺为手糊成型工艺、真空袋压成型工艺、树脂转移模塑成型工艺中的任意一种。

本发明中的碳纤维/环氧树脂复合材料采用有机磷类阻燃剂作为阻燃剂，该阻燃剂的分解产物以及阻燃环氧树脂的燃烧产物中腐蚀性物质、有毒物较少，大大降低了对于环境的二次污染。有机膦系阻燃剂可溶性强，比较容易分散于环氧树脂中。在碳纤维/环氧树脂复合材料中，有机磷类阻燃剂作为阻燃剂的用量少，阻燃效果好。该碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法简单，易于大量生产。

附图说明

图1是本发明中的实施例1～3、对比例1中制备的碳纤维/环氧树脂复合材料的总热释放量曲线图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。