[发明专利]一种高抗拉性能的碳纤维复合材料

说明书

本发明提出了一种高抗拉性能的碳纤维复合材料，由至少两层碳纤维布压制而成，碳纤维布的制备方法为：（1）制备碳纤维丝；（2）碳纤维丝束的表面处理；（3）将碳纤维丝束成品经纬交织的即可得到碳纤维布。本发明具有优异的物理力学性能，抗拉强度高于普通钢10‑15倍。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，特别涉及一种高抗拉性能的碳纤维复合材料。

背景技术

碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，具有质量轻强度高的特点，被广泛应用于国防和民用重要领域；碳纤维不仅具有本征特性，还兼备纺织纤维的柔软可加工性，并且其轴向强度和模量高、密度低、比性能高。碳纤维按性能的不同分类可以将碳纤维主要分为：高强度、高模量碳纤维、离子交换碳纤维和活性碳纤维；按照原料的不同可以将碳纤维分为沥青基、黏胶基、聚丙烯腈基及木质素基碳纤维四大类。

由碳纤维制备得到的碳纤维布具有很好物理力学性，常用来钢筋混凝土结构的加固修补，它具有施工便捷，没有湿作业，不需大型施工机具，无需现场固定设施，施工工期短，它具有良好的耐久性和耐腐蚀性，可广泛用于各种类型和形状的混凝土结构的加固修补，且不改变结构形状以及不影响结构外观。然而目前常用的碳纤维布均采用经、纬纺织工艺，再进行涂胶，工艺繁杂，成本高，更值得重视的是碳纤维丝由于线径极短，在纺 织过程中经、纬碳纤维走向弯曲、折编，严重影响了碳纤维丝的抗拉强度，阻碍碳纤维布的应用前景。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种高抗拉性能的碳纤维复合材料，具有优异的物理力学性能，抗拉强度高于普通钢10-15倍。

具体的技术方案如下：

一种高抗拉性能的碳纤维复合材料，由至少两层碳纤维布压制而成，碳纤维布的制备方法为：

（1）制备碳纤维丝

①按质量百分比计将12-18%的聚丙烯腈、3-6%聚氧化乙烯、1-3%乙醇、0.05-0.8%丙三醇和余量的水混合均匀后得到纺丝溶液；

②将纺丝溶液注入静电纺丝机中纺丝得到聚丙烯腈原丝；

③将聚丙烯腈原丝送入预氧化炉制得预氧化纤维；

④将预氧化纤维送入炭化炉中，经过高温炭化处理后制得碳纤维丝，炭化温度为1000-1200℃；

⑤将碳纤维丝绞织成碳纤维丝束初坯；

（2）碳纤维丝束的表面处理

①将碳纤维丝束初坯浸润在上浆剂中，上浆剂的温度为25-35℃；

②通过干燥设备对上浆后的碳纤维丝束初坯进行干燥，收卷后得到碳纤维丝束成品；

（3）将碳纤维丝束成品经纬交织的即可得到碳纤维布。

进一步的，相邻的两层碳纤维布之间涂覆一层厚度为0.02-0.5mm的粘接剂，粘接剂按质量份数计由：45-56份水性环氧树脂、5-16份苯氧树脂、2-5份抗氧剂1010、6-12份二氧化钛、4-10份氧化钙、12-18份丙酮和3-9份硅酸钠混合制备而成。

进一步的，上浆剂按质量份数计由氧化石墨烯2-8份、丙三醇10-16份、水性聚氨酯树脂60-80份、N，N二甲基甲酰胺22-28份、OP-10乳化剂3-10份和对苯二胺5-8份混合制备而成。

进一步的，步骤（2）中 的碳纤维丝束通过表面处理设备进行上浆和干燥处理；

表面处理设置包括送料辊、收料辊、上浆设备和干燥设备，上浆设备和干燥设置设置在送料辊和收料辊之间；

上浆设备包括上浆槽，上浆槽中可转动的设有上浆压辊，上浆槽中设有上浆剂；