[发明专利]环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维增强材料领域，特别涉及一种环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂/碳纤维复合材料是一种高强度材料，其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等优异性能，广泛用于航天、汽车、电子、体育用品、医疗器械等领域。由于环氧树脂/碳纤维复合材料的性能决定于所用的碳纤维本体、环氧树脂基体以及两者之间的结合力度。然而，由于环氧树脂和碳纤维的热膨胀系数有较大差距，这容易使得固化后的环氧树脂/碳纤维复合材料存在较大的界面热残余应力。此外，该环氧树脂/碳纤维复合材料还因环氧树脂的固化而存在收缩残余应力。这些界面应力的存在非常容易造成环氧树脂/碳纤维复合材料损坏。所以，提供一种具有低界面应力的环氧树脂/碳纤维复合材料的十分必要。

举例来说，现有技术通常通过向环氧树脂/碳纤维复合材料中引入膨胀性单体，例如螺环原碳酸酯类、螺环原酸酯类、双环原酸酯类、缩酮内酯类等，从而在一定程度上减小环氧树脂/碳纤维复合材料的界面应力。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术在环氧树脂/碳纤维复合材料中加入膨胀性单体，会使得环氧树脂/碳纤维复合材料的剪切强度损失，且各组分之间的相容性差。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种相容性好且界面应力小的环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种环氧树脂/碳纤维复合材料，所述复合材料中含有硅橡胶，所述硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起。

具体地，作为优选，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。

具体地，作为优选，所述硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷。

具体地，作为优选，所述碳纤维为碳纤维布。

另一方面，本发明实施例提供了上述任意一种复合材料的制备方法，包括：

步骤a、选取预定铺层的碳纤维布作为碳纤维原料，并对所述碳纤维布进行除杂，然后采用空气冷等离子体对除杂后的碳纤维布进行活化处理，得到活化的碳纤维布；

步骤b、按重量份计，将10-20份的液体硅橡胶、4-6份的交联剂以及1-2份的催化剂混合，配制成预定重量的液体硅橡胶处理液；

步骤c、将所述活化的碳纤维布浸渍在所述液体硅橡胶处理液中，使碳纤维布的内部及表面均布满所述液体硅橡胶处理液，然后进行风干，得到厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布；

步骤d按重量份计，将10份的环氧树脂和2-3份的环氧树脂固化剂混合均匀，配制成预定重量的环氧树脂处理液，然后通过真空袋压成型法，将所述环氧树脂处理液浸润至所述附有硅橡胶的碳纤维布中，然后进行固化处理，得到所述复合材料。

具体地，作为优选，所述步骤a中，通过将所述碳纤维布置于有机溶剂中浸泡2-3h，然后在真空干燥箱中于50-80℃的温度下干燥30-60min，来对所述碳纤维布进行除杂。

具体地，作为优选，所述有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃、乙醇中的至少一种。

具体地，作为优选，所述步骤b中，所述液体硅橡胶为聚甲基乙烯基硅氧烷，所述交联剂为聚甲基氢硅氧烷，所述催化剂为铂及铂的络合物。

具体地，作为优选，所述铂的络合物为氯铂酸与环烷烃、醇或者醛的络合物。

具体地，作为优选，所述步骤c包括：将所述活化的碳纤维布浸渍在所述液体硅橡胶处理液中3-8min，使所述碳纤维布的内部及表面均布满所述液体硅橡胶处理液，然后进行风干，重复该过程3-5次，获取厚度为150-600μm的附有硅橡胶的碳纤维布。

具体地，作为优选，所述步骤d中，所述固化处理包括：在70-90℃下固化处理1-1.5h，然后升温至110-130℃固化处理1.5-2.5h，然后升温至140-160℃固化处理1.5-2.5h。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的环氧树脂/碳纤维复合材料，通过向其中加入硅橡胶，使硅橡胶同时与环氧树脂和碳纤维交联在一起，制备得到环氧树脂、碳纤维和硅橡胶相容性较好复合材料。通过在该复合材料中加入硅橡胶，能够有效降低该复合材料的界面应力，并同时提高其强度，其冲击强度相比常规的不含有硅橡胶的环氧树脂/碳纤维复合材料提高了30-45％。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。