[发明专利]一种纳米改性碳纤维预浸料用环氧树脂体系的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种碳纤维预浸料技术，特别是一种纳米改性碳纤维预浸料用环氧树脂体系的制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料具有比强度及比模量高、导热及导电性能好、尺寸稳定性高、质量轻、耐腐蚀及具有电磁屏蔽等优良性能，因此广泛应用于航空航天、军工、工业及运动器材等领域，是国家战略性先进复合材料。目前碳纤维复合材料的制备大多是采用热固性环氧树脂为基体，其典型代表就是以碳纤维增强环氧树脂基预浸料为中间原料，目前已广泛应用于制备自行车、鱼竿、高尔夫球杆等器材。熔融膜浸法不使用或很少使用挥发性有机溶剂，制备的预浸料具有树脂含量可控性高及挥发分少等优点，因此是制备碳纤维预浸料最常用的方法之一。熔融胶膜法制备碳纤维预浸料需要先将树脂制备成一定单位面积含量的胶膜，再将树脂胶膜与碳纤维一起预浸成布既得到碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料一般要在室温下放置7天左右才可以使用。

纳米材料是具有至少一维方向上尺寸介于1-100nm的粒子，可以是不规则颗粒型、薄片型或纤维型等形貌，具有传统微细粉末所不具备的奇异特性及纳米材料的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。在复合材料中相对传统微细粉末的添加量，往往添加较少的纳米材料即可以达到甚至超越传统微细粉末所起到的效果，因此纳米材料已得到广泛的研究及应用。但是纳米材料在应用时往往会遇到较难均匀分散的关键技术问题，为解决该问题，往往需要加入丙酮、酒精或水等溶剂，再辅助超声的方法进行分散。但是该方法的弊端是需要加入溶剂，造成操作环境恶劣及环境污染等问题，后续应用时除去溶剂较困难且能耗高、工艺复杂，尤其是在制备复合材料时受到成型工艺的限制，不便于大批量制备体积较大的制品，严重限制了纳米材料的应用。尤其是纳米改性环氧树脂时仍较多使用的方法是采用溶剂的方法，这在熔融胶膜法制备碳纤维预浸料时工艺上较难实现，而且成本较高，不便于推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种工艺简单、效率高、分散效果好的纳米改性碳纤维预浸料用环氧树脂体系的制备方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种纳米改性碳纤维预浸料用环氧树脂体系的制备方法，其特点是：

纳米材料首先和固化剂、促进剂等固体颗粒一起通过三辊研磨机研磨的方法均匀混合在液态双酚A型环氧树脂中制备成混合物A，再将混合物A作为原料与固态双酚A型环氧树脂一起通过在40～100℃下熔融共混的方法制备碳纤维预浸料用环氧树脂体系，

其中各组分的质量比为固态双酚A型环氧树脂：液态双酚A型环氧树脂：固化剂：促进剂：纳米材料=100：20～120：5～50:1～30:0.0001～50。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，混合物A的制备方法是：当纳米材料为零维纳米粒子时，即纳米材料在任意一三维空间方向上的尺寸都处于1-100nm级别时，采用一次性将纳米材料、固化剂及促进剂等固体颗粒加入到液态双酚A型环氧树脂中进行粗略混合，再将混合物置于三辊研磨机中进行研磨，并调整三辊研磨机的慢速辊和中速辊的间距为0.5-10丝，研磨1-8小时后直接得到混合物A；

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，混合物A的另一种制备方法是：当纳米材料为一维纳米线、棒或二维纳米片时，即纳米材料有至少一个三维空间方向上的尺寸大于100nm时，首先将固化剂及促进剂等固体颗粒加入到液态双酚A型环氧树脂中进行粗略混合，再将混合物置于三辊研磨机中进行研磨，并调整三辊研磨机的慢速辊和中速辊的间距为0.5-10丝，研磨1-5小时，研磨后加入纳米材料再调整三辊研磨机的慢速辊和中速辊的间距为2-5丝，再研磨1-8小时即得到混合物A。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的纳米材料为石墨烯、碳纳米管、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米四氧化三铁、纳米三氧化二铝、淀粉纳米晶、纤维素纳米晶、甲壳素晶须及它们改性物中的任意一种或它们按任意配比的混合物。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的固态双酚A型环氧树脂为E35、E31、E20、E14、E12、E06、E04及E03中的任意一种或它们按任意配比的混合物。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的固态双酚A型环氧树脂可以是按固态双酚A型环氧树脂：酚醛环氧树脂=100:0～100质量比的混合物。