[发明专利]一种颗粒增强增韧树脂基纤维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用颗粒增强增韧树脂基纤维复合材料力学性能的制备方法。

技术背景

近年来随着风电与汽车行业的快速发展，树脂基复合材料也得到了长足进步，其中包括玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料与其他高性能纤维增强树脂基复合材料。但因为树脂本身韧性与强度不高，同时树脂与纤维界面粘合程度不高，使得纤维增强树脂基复合材料强度与韧度等力学性能不是很令人满意。

目前在复合材料制备上应用较多的树脂有环氧树脂、不饱和环氧树脂与酚醛树脂。其中酚醛树脂因为价格较低，是目前应用最为广泛的树脂。但酚醛树脂本身强度与韧度比环氧树脂与不饱和环氧树脂差，树脂本身的力学性能严重限制了纤维增强复合材料的应用与发展。

提高纤维增强复合材料强度与韧度的方法比较多，但都集中于在树脂生产过程中进行化学改性或对在纤维表面进行改性从而提高纤维与树脂界面性能，这些方法均存在生产成本较高的问题。本方面采用常规颗粒均匀混入树脂，然后利用真空导入工艺制备颗粒增强纤维复合材料，通过对颗粒类型的选择，粒度、粒径与用量的控制，使纤维增强树脂基复合材料强度与韧度得到明显增强。

发明内容

本发明的目的是通过在树脂中添加特殊类型、粒径与用量的颗粒，通过真空导入技术，低成本制备高强度与高韧度的纤维增强树脂基复合材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用颗粒增强增韧碳纤维复合材料力学性能的制备方法，其特征在于，在基体树脂100重量份中加入粒径为10-50μm的固体颗粒5-30重量份，混合均匀后，再进行真空导入制成碳纤维增强复合材料。本发明能够利用颗粒使碳纤维增强复合材料强度与韧度等力学性能提高10％-35％。

为了使颗粒在树脂中混合均匀，同时为了进一步降低树脂体系的粘度，所述基体树脂的粘度控制在450mPa·s以下。所述基体树脂可以为环氧树脂或酚醛树脂或不饱和环氧树脂。

为了使颗粒对树脂基复合材料强度与韧度等力学性能提高达到最大值，同时为了进一步避免颗粒沉降，保证其能在树脂体系中有效分散，所述颗粒粒径一般控制在10-50μm。所述的颗粒为硬质颗粒，优选为碳纤维颗粒或二氧化硅或碳黑颗粒或二氧化钛或氧化铝或其组合物，该类颗粒具有无毒、无味、分散性好，同时对树脂粘度的影响相对较小。

在所述的基体树脂中还加入促进剂1-5重量份，用于降低反应温度，提高反应速度。

在所述的基体树脂中还加入固化剂10-40重量份，用于树脂的固化。

在所述的基体树脂中还加入分散剂1-10重量份，用于改善树脂体系的分散性。

本发明的优点是：本发明通过在树脂中添加特殊类型、粒径与用量的颗粒，通过真空导入技术，以低成本制备高强度与高韧度的纤维增强树脂基复合材料，可满足在广泛领域对纤维增强树脂基复合材料高强度与高韧度等高标准力学性能的要求。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例1

1.模具准备：清洁模具的表面，喷脱模剂。

2.在模具上铺玻璃纤维织物(双轴向经编玻纤织物，织物规格：克重为600g/m²，经密为270根/10cm，纬密为270根/10cm)，在织物四周贴双面胶，然后再织物铺层上依次铺脱模布和导流网。在双面胶上铺设导流管与导气管，然后紧贴真空膜。导流管接树脂桶，导气管接真空泵。检查气密性。

3.按以下步骤配置树脂：

(1)碳纤维颗粒(粒径15-20μm)5重量份；

(2)将碳纤维颗粒加入丙酮(分析纯)100重量份；

(3)将上述混有碳纤维颗粒的丙酮在超声波容器中震荡2小时；

(4)称取粘度为140mPa·s的环氧树脂100重量份；

(5)将经超声波震荡的碳纤维颗粒/丙酮溶液混入环氧树脂；

(6)然后将促进剂(浓度为6wt％的萘酸钴盐溶液)1重量份与固化剂(过氧化甲乙酮)25重量份加入上述环氧树脂；

(7)将上述环氧树脂在常温下用搅拌器搅拌12小时，备用。

4.在真空下注入树脂，在树脂凝胶前保持真空度，树脂固化完全后，脱模。所得的颗粒增强玻璃纤维复合材料比原玻璃纤维复合材料强度与韧度分别增加21.5％与18.4％，其具体力学性能参数见表1。

实施例2

1.模具准备：清洁模具的表面，喷脱模剂。