[发明专利]一种碳纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法及其产品，所述制备方法包括以下步骤：取代或非取代的羟基苯甲醛、缚酸剂溶于有机溶剂中，得到溶液A；在溶液A中加入六卤代环三磷腈，反应后过滤，得到滤液；除去所得滤液的溶剂，重结晶后，得到六醛基取代的磷腈单体；取六醛基取代的磷腈单体和多伯胺基单体，溶于有机溶剂中，得到聚亚胺树脂溶液；将上述溶液倒入铺有碳纤维的模具中，除去溶剂后，得到可室温长期储存的碳纤维预浸料；将碳纤维预浸料层叠热压固化成型，得到所述碳纤维增强热固性树脂基复合材料。本发明制备的复合材料具有优异的可回收性，可实现对碳纤维和基体树脂的有效回收，同时具有优异的阻燃性。

技术领域

本发明属于树脂材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

碳纤维增强热固性树脂基复合材料(CFRCs)具有比强度高、质轻高强、抗疲劳、可设计等优势，已被广泛应用于航空航天、风力发电、交通运输等高新科技领域。但是，由于碳纤维的高成本、不可降解有机树脂基体的环境污染问题及其易燃性问题，严重制约了CFRCs的深入推广应用。因此发展高效可回收且阻燃的CFRCs至关重要。虽然已有技术分别实现了CFRCs的可回收或阻燃，但是利用现有技术无法同时实现CFRCs的高效可回收及阻燃。

利用机械(Compos.Part A-Appl.S.,2009,40,490-498)或热化学技术(Compos.Part A-Appl.S.,2006,37,1206-1215；J.Mater.Sci.,2007,43,2452-2456.)可以实现CFRCs的可回收，但是以上技术回收的碳纤维性能显著降低，能耗高，难以放大生产，同时基体树脂不能有效回收。设计动态可逆交联的热固性树脂作为基体及碳纤维粘接剂制备CFRCs(Adv Mater 2016,28(15),2904-9；Green Chem.2019,21,1484-1497；Journal ofMaterials Chemistry A 2019,7(3),1233-1243.)，既可实现碳纤维的有效回收，又可避免处理废弃树脂带来的环境污染问题。但是，已报道的碳纤维和基体树脂同时回收技术，不能解决CFRCs的易燃性问题。

另一方面，通过表面修饰在碳纤维表面负载阻燃剂(Chem.Eng.J.2018,353,550-558.)，或者在基体树脂中加入阻燃剂(Composites,Part B,2018,149:74-81)可构建阻燃的CFRCs，但是，利用该技术无法在实现CFRCs阻燃性的同时实现碳纤维、基体树脂和昂贵阻燃剂的有效回收。因此，现有技术由于传统基体树脂单体分子结构和阻燃剂的添加量限制，不能满足航空航天、轨道交通、汽车内饰等领域对CFRCs阻燃性能以及高性能碳纤维的回收利用的需求。

此外，目前常用环氧树脂作为基体树脂制备碳纤维预浸料(CN107236256B)，但是由于环氧固化反应不可控，环氧碳纤维预浸料会缓慢固化，需要低温储存和冷链运输，造成额外的能源消耗；同时储存期有限，即使-20℃也只能储存3-6个月，不利于生产和使用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种碳纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法及其产品，通过分子结构设计和基体树脂配方设计，合成同时含有氮磷阻燃元素的反应型多醛基单体，开发本征阻燃、动态交联的热固性聚亚胺树脂作为基体，制备室温储存期长的碳纤维预浸料，在此基础上层压制备碳纤维增强复合材料CFRCs，在保证CFRCs力学性能的基础上，实现了CFRCs的高效阻燃，并同时实现了碳纤维、本征阻燃树脂单体的有效回收。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案。

本发明的技术方案之一，一种碳纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将取代或非取代的羟基苯甲醛、缚酸剂溶于有机溶剂A中，得到溶液A；所述取代或非取代的羟基苯甲醛的结构式如下所示：