[发明专利]一种碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种复合材料，含有M层碳纤维增强层、N层玻璃纤维增强层，以及介于碳纤维增强层和玻璃纤维增强层之间的粘结层，其中，M≥1，N≥1，碳纤维增强层和玻璃纤维增强层的基体树脂为环氧树脂，粘结层中含有聚合物、聚合物微球、有机无机复合微球。其中，粘结层中的聚合物重量占粘结层重量比50%以上，聚合物为熔点小于110℃的交联聚合物，碳纤维增强层和玻璃纤维增强层的基体树脂为环氧树脂。本发明的复合材料中的粘结层提高了碳纤维增强环氧树脂同玻璃纤维增强环氧树脂的粘结力，使得在复合材料材料受力时，玻璃纤维和碳纤维能够有效的分摊应力，从而有效提高碳玻纤混合增强材料的拉伸强度。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料及制备方法。

技术背景

纤维材料具有低密度、高的强度和模量、耐高温、抗化学腐蚀等特点，往往作为增强材料填充到基体树脂中制备得到纤维增强材料，可以大大提高塑料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能，在航空航天、交通运输、体育运动、风力发电等领域得到广泛应用。

其中，运用较多是碳纤维和玻璃纤维，与玻璃纤维相比，碳纤维具有更低的密度、更高的强度和模量。碳纤维增强复合材料的性能更好、运用范围更加广泛。但是，碳纤维材料价格较贵，从而限制了其在不同工业生产和人民日常生活的运用。

为此，人们想到通过将碳纤维以及价格相对便宜的玻璃纤维混合使用，在不降低性能的基础上，减小碳纤维的使用量，节约成本。但是碳纤维和玻璃纤维的力学性能存在较大差异，导致碳纤维和玻璃纤维混合增强复合材料内部应力不均，其力学性能达不到设计要求。例如，专利CN201310466774.9提出来一种碳纤维和玻璃纤维碳纤维与玻璃纤维并用的增强复合材料的制备方法，这种方法制备的碳纤维和玻璃纤维增强复合材料的力学性能与纯玻璃纤维相比有一定的提高，但提高幅度不大，与纯碳纤维增强材料还有一定差距，不能完全代替碳纤维增强材料的作用。

发明内容

为了提高碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学强度，本发明提供了一种复合材料，同时还提供一种制备该复合材料的方法。

一种复合材料，含有M层碳纤维增强层、N层玻璃纤维增强层，以及介于碳纤维增强层和玻璃纤维增强层之间的粘结层，其中，M≥1，N≥1，碳纤维增强层和玻璃纤维增强层的基体树脂为环氧树脂，粘结层中含有聚合物、聚合物微球、有机无机复合微球。

其中，碳纤维增强层是由碳纤维材料增强环氧树脂固化物制得，具有很高的力学强度。其中，碳纤维材料是由碳纤维加工成的材料，可以举例是碳纤维丝、碳纤维布、碳纤维毡、短切碳纤维等。

环氧树脂固化物是由环氧树脂与固化剂等试剂混合，在一定条件下固化成型的热固性塑料。环氧树脂是一种分子中含有两个以上环氧基，并在适当的化学固化剂的作用下能形成三维交联网络状固化物的低聚物。按化学结构分类，所述环氧树脂可以分为缩水甘油醚类，如双酚A型、双酚F型、双酚S型、氢化双酚A型、酚醛型等；缩水甘油酯类，如邻苯二甲酸二缩水甘油酯类等；缩水甘油胺类，如四缩水甘油二氨基二苯基甲烷；脂环族环氧树脂类、环氧化烯烃类等。优选为缩水甘油醚类环氧树脂，特别优选是双酚A型、双酚F型、双酚S型、氢化双酚A型的环氧树脂。固化剂是指能使环氧树脂发生固化反应的化合物，固化剂按反应类型可分为加聚型、催化型等类型。加聚型，如多元胺型、酸酐型、酚醛型、聚酯树脂型、液体聚氨酯和聚硫醇型等；催化型，如阴离子催化型和阳离子催化型。优选为多元胺型和酸酐型的固化剂。

玻璃纤维层是由玻璃纤维材料增强环氧树脂固化物制得。玻璃纤维材料可以列举为玻璃纤维编织布、玻璃纤维丝、短切玻璃纤维等。

粘结层用于粘结碳纤维层和玻璃纤维层，提高碳纤维层和玻璃纤维层的粘结性，使玻璃纤维和碳纤维在使用过程中能够有效的分摊应力，从而有效提高碳玻纤混合增强材料的拉伸强度。

进一步的，所述粘结层中的聚合物重量占粘结层重量比50％以上，所述聚合物为熔点小于110℃的交联聚合物。