[发明专利]一种纳米TiO2

说明书

本发明涉及一种纳米TiO₂改性碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，采用二乙烯三胺作为固化剂，将KH‑550硅烷偶联剂活化处理的纳米TiO₂为填料，通过手糊成型制备一种纳米TiO₂改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其中KH‑550硅烷偶联剂的用量为纳米TiO₂质量的5%以内，活性纳米TiO₂用量为环氧树脂质量分数的6%以内，二乙烯三胺的用量为环氧树脂质量分数的10%，每层刮涂的环氧树脂胶的用量为碳纤维布质量的50±5%。本发明方法制备工艺简单，生产成本低，成型可操作性好，复合材料的抗疲劳性能优异。

技术领域

本发明涉及一种纳米TiO₂改性碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，具体属于碳纤维增强环氧树脂复合材料技术领域。

技术背景

碳纤维增强环氧树脂复合材料具有比强度高、比刚度大、结构可设计等许多优点，广泛应用于航空航天、交通、体育设施等领域，该材料用以代替钢材等传统结构材料已成为一种发展趋势。然而碳纤维增强环氧树脂复合材料的安全性成为其首要考虑因素之一。在使用过程中，碳纤维增强环氧树脂复合材料往往会由于长期载荷或自然环境而产生损伤以至破坏情况，其中疲劳损伤为其主要破坏形式之一。因此，对碳纤维增强环氧树脂复合材料的疲劳性能进行研究显得极为重要。

近年来，向环氧树脂基体中加入各种填充物进行增强改性已经成为一项行之有效的措施。纳米粒子尺寸界定在1～100 nm之间，纳米粒子具有极高的比表面积，而且表面活性非常大。环氧树脂与纳米粒子在界面上形成了远大于范德华力的作用力，因此有较好的相容性，形成了非常理想的界面。在环氧树脂受到作用力时可产生引发微裂纹吸收能量的作用，从而大大提高材料的力学性能，达到增韧的目的。另外，纳米粒子的加入还可提高环氧树脂的耐磨性、拉伸强度、冲击强度、热分解温度等，使环氧树脂复合材料的物理性能大大增强，尤其是疲劳性能。董元彩等将环氧树脂用丙酮溶解，然后加入经偶联剂表面处理的纳米TiO₂，搅拌分散均匀。加入40 %环氧树脂质量的聚酰胺，混合均匀后于100 ℃固化1 h得到环氧树脂复合材料。张毅等先将除去表面杂质的炭纤维丝置于硝酸溶液中，经磷酸二氢铵浸泡，然后煅烧，再采用双氧水浸泡氧化获得活性炭纤维丝，最后将其放入添加有纳米TiO₂的环氧树脂中浸渍，得到表面负载纳米TiO₂的改性活性炭纤维丝。邓超月在制备碳纤维/环氧树脂基掺杂钦的太赫兹吸波材料时，采用分散剂羟丙基甲基纤维素（HPMC）作为短切碳纤维在环氧树脂中的分散剂，降低了碳纤维之间的团聚程度。采用溶胶-凝胶法制备的TiO₂、Fe-TiO₂和BaTiO₃纳米颗粒改善了短切碳纤维/环氧树脂复合材料的吸波性能。LichunMaa等通过水热和超临界方法获得了碳纤维表面上二氧化钛纳米棒（TiO₂ NRs）的生长。超临界水改善了生长效率并促进了TiO₂ NRs更紧密地进入CF表面，使得粗糙度和可湿性明显增加，且纤维的拉伸强度没有降低，复合材料的界面剪切强度（IFSS）和冲击强度提高。Rusheng Yuan等通过使用环氧树脂作为TiO₂和活性碳纤维之间的粘合剂，然后在460℃和N₂气氛下煅烧2小时制备负载在活性碳纤维上的TiO₂，以实现表面积和孔结构的控制，达到造纸废水中COD的有效光降解。上述报道生产的成本较高，工业化生产有一定难度。基于此，本发明在对纳米TiO₂进行活化处理，提高了其在环氧树脂中的分散性和相容性，改善了与环氧树脂的界面性能，并且利用简单、低成本的浇注成型和手糊成型方法，来制备具有高力学性能的纳米TiO₂改性碳纤维/环氧树脂复合材料。

发明内容

针对现有碳纤维/环氧树脂复合材料的不足，本发明提供一种纳米TiO₂改性碳纤维/环氧树脂复合材料的方法。