[发明专利]一种碳纤维树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种碳纤维树脂基复合材料及其制备方法，该复合材料以碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串作为碳纤维增强体，以硅烷偶联剂和环氧树脂的混合体作为树脂基体。所述碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串通过以下方法制备所得：将一定量全氟烷基乙烯基醚聚合物喷涂在连续碳纤维的规定位置，并使其与碳纤维充分浸润，形成内部与碳纤维充分浸润、混合，外部完全包裹碳纤维的球体，固化后，即得。本发明在可以实现碳纤维树脂基复合材料界面模量过渡层厚度的灵活可控，有效提高界面性能的同时，提高了碳纤维增强体与树脂基体的粘结强度，从而提高了碳纤维树脂基复合材料的机械性能。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种碳纤维树脂基复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维树脂基复合材料因其质轻高强而广泛应用于航天航空、国防军事、体育运动等领域。作为一种各相异性材料，碳纤维增强体主要在轴向表现出优异的力学性能，而其横向及层间的力学性能明显较低，由于碳纤维增强体经过高温碳化和石墨化处理后，其表面呈现大量的“乱层石墨”结构，导致其表面活性官能团较少，其与树脂基体的浸润性差，因此碳纤维增强体与树脂基体界面结合性能较弱。大量的研究表明，纤维增强体和树脂基体之间的微观界面是决定复合材料宏观性能的关键因素，而且复合材料界面并不是一个绝对的几何面，而是由纤维增强体与树脂基体表面及两者之间的反应交联结构组成的具有一定厚度的界面过渡层，其厚度对纤维增强体与树脂基体模量的平稳过渡至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种碳纤维树脂基复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种碳纤维树脂基复合材料，以碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串作为碳纤维增强体，以硅烷偶联剂和环氧树脂的混合体作为树脂基体。

进一步地，所述碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串通过以下方法制备所得：

将一定量全氟烷基乙烯基醚聚合物喷涂在连续碳纤维的规定位置，并使其与碳纤维充分浸润，形成内部与碳纤维充分浸润、混合，外部完全包裹碳纤维的球体，固化后，即得。

进一步地，碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串与树脂基体的质量比为：57～300：100。

进一步地，所述球体的填充密度为300～400个/mm²，粒径为2～10μm。

进一步地，所述硅烷偶联剂、环氧树脂的质量比为0.1～1：20。

本发明还提供了一种碳纤维树脂基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、制作碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串；

S2、以硅烷偶联剂和环氧树脂为主料制作树脂基体；

S3、将所得的碳纤维—全氟烷基乙烯基醚聚合物珠串与树脂基体进行浸润及复合，通过功率阶梯式递增的微波固化工艺固化成型，即得。

进一步地，所述步骤S1，包括如下步骤：

将一定量全氟烷基乙烯基醚聚合物喷涂在连续碳纤维的规定位置，并使其与碳纤维充分浸润，形成内部与碳纤维充分浸润、混合，外部完全包裹碳纤维的球体，固化后，即得，其中，所述球体的填充密度为300～400个/mm²，粒径为2～10μm。

进一步地，所述步骤S2，包括如下步骤：

按比例称取适量硅烷偶联剂和环氧树脂；

将称取的纳米二氧化碳超声分散于去离子水中，形成悬混液；