[发明专利]一种碳纤维预浸料管及其制备方法

说明书

本发明公开一种碳纤维预浸料管及其制备方法，包括如下步骤：取氧化石墨烯、纳米二氧化钛、空心玻璃微珠于水中超声分散制得分散液，混合后加入硅烷偶联剂，调节pH至酸性，搅拌加热反应，再加入环氧树脂和氨基树脂，搅拌得到改性环氧树脂上浆液；将纤维浸渍于上浆液中形成预浸料，卷取机将预浸料卷绕在芯轴上形成管材，并包覆一层薄膜；冷却定型后将管材取下，固化；将薄膜取下，在管材表面再涂布一层上浆液，再加热、冷却、固化成型，得到碳纤维预浸料管。本发明通过采用氧化石墨烯、纳米二氧化钛、空心玻璃微珠及硅烷偶联剂对纤维及环氧树脂的改性处理，使碳纤维预浸料更轻质化，并进一步提高碳纤维预浸料管的机械强度、耐磨性和耐热性。

技术领域

本发明涉及碳纤维预浸料技术领域，具体而言，涉及一种碳纤维预浸料管及其制备方法。

背景技术

碳纤维预浸料又名碳纤维预浸布，是一种由增强体，如碳纤维纱、树脂基体、离型纸等材料，经过涂布、热压、冷却、覆膜、卷曲、取等工艺加工而成的复合材料，其具有强度高、密度小的特点，碳纤维预浸料的强度可以达到钢材的6-12倍，而密度只有钢材的四分之一，可塑性好，可根据具体形状做成任何形状，容易成型，便于加工，耐腐蚀，寿命长。近年来，碳纤维预浸料除了广泛应用于钓具、运动器材、体育用品等领域外，还广泛应用于汽车、航空航天领域，另外，碳纤维预浸料也是火箭、导弹、卫星、雷达、防弹车、防弹衣等重要军工产品制造领域的重要结构材料。

在航空器、汽车、军工产品等领域的结构材料用途中，随着近年来的需求量的不断扩大，促使碳纤维预浸料朝着质量更轻、机械强度更高、耐热性更好的方向不断改进和发展。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维预浸料管及其制备方法，通过采用氧化石墨烯、纳米二氧化钛、空心玻璃微珠及硅烷偶联剂对纤维及环氧树脂的改性处理，使碳纤维预浸料更轻质化，并进一步提高碳纤维预浸料管的机械强度、耐磨性和耐热性。

为了实现上述目的其他相关目的，本发明第一方面提供一种碳纤维预浸料管的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备改性环氧树脂上浆液：分别取氧化石墨烯、纳米二氧化钛、空心玻璃微珠于水中超声分散制得分散液，再将氧化石墨烯分散液、纳米二氧化钛分散液与空心玻璃微珠分散液混合，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后调节pH至酸性，继续搅拌，加热反应，然后再加入环氧树脂和氨基树脂，搅拌均匀，得到改性环氧树脂上浆液；

其中，氧化石墨烯、纳米二氧化钛、空心玻璃微珠、环氧树脂、氨基树脂的质量比为10-15:6-8:5-6:80-90:10-20；

(2)将纤维浸渍于改性环氧树脂上浆液中形成预浸料，然后经卷取机上的热辊将预浸料软化，使预浸料上的改性环氧树脂上浆液熔融，卷取机将预浸料按设定的厚度卷绕在芯轴上形成管材，并在预浸料最外层包覆一层薄膜；

(3)经冷却定型后将管材从卷取机上取下，然后进行固化；

(4)将薄膜取下，在固化成型的管材表面再涂布一层均匀的改性环氧树脂上浆液，再进行加热熔融、冷却定型、固化成型，得到所述碳纤维预浸料管。

可选地，在一种实施方式中，所述步骤(1)中，氧化石墨烯分散液、纳米二氧化钛分散液和空心玻璃微珠分散液的浓度均为0.3-0.5g/mL。

可选地，在一种实施方式中，所述步骤(1)中，在制备氧化石墨烯分散液、纳米二氧化钛分散液和空心玻璃微珠分散液过程中，要加入分散剂，所述分散剂为阴离子型润湿分散剂，所述分散剂的加入量为1-2mL/L。

可选地，在一种实施方式中，所述步骤(1)中，超声分散时，温度为50-60℃。较高的温度有利于氧化石墨烯、纳米二氧化钛、空心玻璃微珠在水中加快形成均匀的分散体系。

可选地，在一种实施方式中，所述步骤(1)中，所述氧化石墨烯为采用Hummers法制得。