[发明专利]一种经界面改性制备碳纤维复合材料的方法

摘要

一种经界面改性制备碳纤维复合材料的方法，界面改性即对碳纤维进行改性又对环氧乙烯基酯树脂进行改性，并在碳纤维表面引入与环氧乙烯基酯树脂基体相匹配的官能团，可以提高与环氧乙烯基酯树脂的相容性和亲和性，提高改性碳纤维与环氧乙烯基酯树脂界面的结合强度，本发明的方法包括对碳纤维的氧化处理、配置偶联剂溶液、改性碳纤维、烘燥、配置改性环氧乙烯基酯树脂、制备碳纤维复合材料，该方法的工艺简便，成本低廉，碳纤维复合材料的弯曲强度可以达到861.0MPa，弯曲模量可以达到67.3GPa，层间剪切强度可以达到68.4MPa，效果非常显著，具有环保无污染等优点。

主权项

一种经界面改性制备碳纤维复合材料的方法，碳纤维或是单向布、或是多轴向布，或是平纹布，或是斜纹布，或是缎纹布；该方法包括对碳纤维的氧化处理、配置偶联剂溶液、改性碳纤维、烘燥、配置改性环氧乙烯基酯树脂、制备碳纤维复合材料，对碳纤维的氧化处理使用到高温箱式炉，烘燥使用到干燥箱，制备碳纤维复合材料使用到真空辅助树脂注射成型工艺、模压成型工艺或是树脂传递模塑成型工艺，其特征是：一、对碳纤维的氧化处理：将碳纤维放入高温箱式炉中并在氧化气氛下进行氧化处理，氧化气氛或为空气，或为氮气，或为臭氧，或为二氧化碳，高温箱式炉的炉温控制在400℃，氧化处理的时间控制在1min~1h；二、配置偶联剂溶液：偶联剂或采用γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，或采用钛酸酯偶联剂；γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的分子式是CH2‑CH(O)CH2‑O(CH2)3Si(OCH3)3，钛酸酯偶联剂的分子通式是RO (4‑n)Ti(OX‑R’Y)n，其中RO是可水解的短链硅氧烷基，OX是较长链的酰氧基或烷氧基，R’是长碳键烷羟基，Y是钛酸酯较长链末端， n=1,2，3；2.1当偶联剂采用γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷时，需对γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行水解，为控制γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的水解速度，按质量比将水:乙醇=1:9进行勾兑后加入γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中配制出γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液，所述γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液的质量浓度控制在0.1~2wt%；2.2当偶联剂采用钛酸酯偶联剂时，加入乙醇配制出钛酸酯偶联剂溶液，所述钛酸酯偶联剂溶液的质量浓度控制在0.1~0.5wt%；上述乙醇为无水乙醇，其纯度是分析纯；三、改性碳纤维：或将氧化处理的碳纤维浸入所述γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液中浸渍15min，之后取出铺平晾置风干得到改性碳纤维；或将氧化处理的碳纤维浸入所述钛酸酯偶联剂溶液中浸渍15min，之后取出铺平晾置风干得到改性碳纤维；四、烘燥：将改性碳纤维放入干燥箱中进行烘燥，经所述γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液浸渍的改性碳纤维需在110℃下烘燥1h，经所述钛酸酯偶联剂溶液浸渍的改性碳纤维需在120℃下烘燥1h；五、配制改性环氧乙烯基酯树脂：按质量比将环氧乙烯基酯树脂: γ‑（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲基硅烷：过氧化甲乙酮：异辛酸钴=100：{0.5~1}:2: {0.5~4}进行勾兑均匀配制出环氧乙烯基酯树脂；上述环氧乙烯基酯树脂或是430，或是430LV，或是411，或是806，或是922，或是901，或是854；上述γ‑（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲基硅烷的分子式是CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3；上述过氧化甲乙酮的分子式是C8H18O6，过氧化甲乙酮的牌号是Butanox M‑50；上述异辛酸钴的分子式是C16H30CoO14，异辛酸钴的牌号是E4；六、制备碳纤维复合材料：将烘燥后的改性碳纤维与所述环氧乙烯基酯树脂溶液通过真空辅助树脂注射成型工艺，或是模压成型工艺，或是树脂传递模塑成型工艺，即可制备出碳纤维复合材料。