[发明专利]一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料及其制备方法。一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料，包括环氧树脂基体材料、一层以上间隔设于环氧树脂材料中的碳纤维布层和富集于环氧树脂基体材料外表层的氧化铁修饰的氮化碳。本发明能在磁场作用下将得到的氧化铁修饰的氮化碳富集于复合材料的表面，从而充分发挥其硬度和力学性能的优势，进而提高复合材料抗刮擦性能，使本发明的复合材料既具有传统碳纤维/环氧复合材料的比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的优点，而且具有良好的耐刮擦性能，在外力刮擦下，表面不容易出现划痕。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料的制备领域，具体地说是涉及一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维/环氧复合材料具有比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点,因而被广泛应用于航空航天、体育器材、汽车等国民经济各个领域。但是碳纤维/环氧复合材料表面抗刮擦性能不够好，在外力刮擦下，表面容易出现划痕。

氮化碳是一种二维新型材料，它具有优异的力学性能(硬度、强度、模量)和摩擦磨损性能，但是一般工艺很难将它富集于复合材料的表面。

发明内容

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料及其制备方法，本发明的抗刮擦碳纤维环氧复合材料中的氧化铁修饰的氮化碳能富集于复合材料的表面，从而起到提高复合材料抗刮擦性能的目的。

本发明包括如下技术方案：

一、技术方案一：

一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料，包括环氧树脂基体材料、一层以上间隔设于环氧树脂材料中的碳纤维布层和富集于环氧树脂基体材料外表层的氧化铁修饰的氮化碳。

进一步地，所述的氧化铁修饰的氮化碳与所述的环氧树脂基体材料的质量比为0.001-0.10：1，所述碳纤维布层与所述的环氧树脂层的质量比为1-4：1。

进一步地，所述的氧化铁修饰的氮化碳由以下方法制备而成：

1)取氮化碳，配成浓度为0.05-5mg/ml的氮化碳水溶液，然后超声处理0.5-5小时；

2)向步骤1)中得到的氮化碳水溶液中加入Fe(NO₃)₃·9H₂O，Fe(NO₃)₃和步骤1)中得到的氮化碳水溶液的混合比例为0.1-5mol：1L；

3)向步骤2)得到的溶液中加入醋酸钠，搅拌均匀，醋酸钠与步骤2)得到的溶液的混合比例为0.5-5mol：1L，然后放入高压釜中并在180-220℃下进行水热反应12-24h，最终获得的产物依次经过洗涤、过滤和干燥后得到氧化铁修饰的氮化碳。

二、技术方案二：

一种抗刮擦碳纤维环氧复合材料的制备方法，包括如下依序进行的步骤：

将氧化铁修饰的氮化碳分散在乙醇中，然后超声处理0.5-5小时，得氧化铁修饰的氮化碳的乙醇溶液，其中，氧化铁修饰的氮化碳的乙醇溶液中氧化铁修饰的氮化碳的浓度为0.01-20g/L；

然后加入环氧树脂，使环氧树脂与氧化铁修饰的氮化碳的乙醇溶液的混合比例为200g：1L，然后用搅拌器搅拌混合液5-30分钟，接着超声处理0.5-5小时；

接着经超声处理的混合液在温度为50-80℃的烘箱中烘10-48小时，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶剂，至混合液无气泡止；

之后根据环氧树脂的量加入化学当量的固化剂，在室温下磁力搅拌10-20分钟，得到混合物，然后边搅拌边用真空泵抽取混合物中的气泡，直至混合物中无气泡止；