專利名稱：一種竹焦油樹脂基碳纖維復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及碳纖維復合材料領域，特別涉及一種竹焦油樹脂基碳纖維復合材料及 其制備方法。
背景技術：
碳纖維具有高比強度、高比模量，耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等一系列優異性能。但是 由于碳纖維價格比較高、剛性以及抗疲勞能力等都比較差，因此一般不單獨使用。可以通過 與樹脂復合制備復合材料從而更有效的可以發揮其高強度、高模量等優異性能。以碳纖維 為增強體的復合材料被廣泛的應用于航空航天、汽車制造工業、醫療器械和體育娛樂器材 等各個領域。焦油類樹脂復合材料主要是利用煤焦油、浙青為原料，這類材料一般具有較好的 力學性能和高耐熱性，并可在高溫下長時間使用。中國石油大學的查慶芳等人利用浙青 為原料，通過聚合反應合成出浙青樹脂，并利用其與碳纖維紙復合，得到層間剪切強度為 21MPa(三點短楔法測量)，彎曲模量21. 68GPa的碳纖維/浙青樹脂復合材料，并且可以 在200°C左右較長時間使用(查慶芳等，浙青樹脂和碳纖維的符合性能，新型炭材料，2007， 22(2) 109-114)竹焦油作為一種竹子加工的副產物，其主要成分為烷基苯酚、烷基苯以及一些芳 香族化合物，因而以竹焦油為原料可以制備出具有高耐熱性、良好成型性的縮合多環芳烴 樹脂[200910237651. 1]，是一種制備復合材料的良好基體材料。與煤焦油、浙青類樹脂相 比，竹焦油屬于可再生資源，對于煤、石油等天然礦物和化石原料日益枯竭的今天，具有重 要的現實意義。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種用竹焦油樹脂基碳纖維復合材料的制備 方法，按下列方法制得步驟一將質量比為3 1的竹焦油和對苯二甲醇置于反應器中，按竹焦油和對苯 二甲醇總質量的7%加入對甲苯磺酸，在惰性氣體氛圍下，130°C反應8小時，得到竹焦油基 樹脂；步驟二按質量比3 1 20 1稱取竹焦油基樹脂和碳纖維，將碳纖維置于無 水乙醇中超聲分散均勻后和含竹焦油樹脂的丙酮溶液混合，超聲分散后烘干；步驟三將碳纖維和竹焦油樹脂的混合物置于平板硫化機上，在10 40MPa壓力 下，50 100°C處理2 24h，繼續升溫至200 300°C并保溫2 5h，得到復合材料。本發明的又一目的是制備了竹焦油樹脂基碳纖維復合材料。本發明的制備方法只需將竹焦油樹脂溶于有機溶劑中，和在有機溶劑中分散的碳 纖維充分混合，然后干燥熱壓處理后即可得到竹焦油樹脂基碳纖維復合材料，過程簡單易 行且其固化過程不需另加固化劑，所得復合材料具有較高的力學性能以及優異的耐熱性。
具體實施例方式實施例1按質量比3 1稱取60g竹焦油和20g對苯二甲醇置于四口燒瓶中，攪拌均勻，按 竹焦油和對苯二甲醇總質量的7%加入5. 6g對甲苯磺酸，在惰性氣氛下，130°C反應8小時， 得到竹焦油基樹脂。按質量比3 1稱取6g竹焦油基樹脂和2g碳纖維，將碳纖維加入到無水乙醇中 超聲分散均勻后與竹焦油基樹脂的丙酮溶液混合，超聲處理并干燥。得到碳纖維和竹焦油 樹脂的混合物。將碳纖維和竹焦油樹脂的混合物置于平板硫化機上IOMPa壓力下，100°C保持 24h，然后繼續升溫至20(TC保溫2h，得到復合材料。將所得復合材料裁成50 X 10 X 2mm的樣條，在萬能材料試驗機上采用三點短楔法 測得復合材料的層間剪切強度為17. IMPa0在惰性氛圍下加熱到400°C仍能保持穩定。實施例2竹焦油基樹脂的制備方法同實施例1，不同的是按質量比10 1稱取20g竹焦油 基樹脂和2g碳纖維，將碳纖維加入到無水乙醇中超聲分散均勻后與竹焦油基樹脂的丙酮 溶液混合，超聲處理并干燥。得到碳纖維和竹焦油樹脂的混合物。最后將碳纖維和竹焦油樹脂的混合物置于平板硫化機上20MPa壓力下，80°C保持 12h，然后繼續升溫至250°C保溫3h，得到復合材料。將所得復合材料裁成50 X 10 X 2mm的樣條，在萬能材料試驗機上采用三點短楔法 測得復合材料的層間剪切強度為7. 9MPa。在惰性氛圍下加熱到380°C仍能保持穩定。實施例3竹焦油基樹脂的制備方法同實施例1，不同的是按質量比20 1稱取20g竹焦油 基樹脂和Ig碳纖維，將碳纖維加入到無水乙醇中超聲分散均勻后與竹焦油基樹脂的丙酮 溶液混合，超聲處理并干燥。得到碳纖維和竹焦油樹脂的混合物。最后將碳纖維和竹焦油樹脂的混合物置于平板硫化機上40MPa壓力下，50°C保持 2h，然后繼續升溫至30(TC保溫5h，得到復合材料。將所得復合材料裁成50 X 10 X 2mm的樣條，在萬能材料試驗機上采用三點短楔法 測得復合材料的層間剪切強度為8. 2MPa.實施例4竹焦油基樹脂的制備方法同實施例1，不同的是按質量比5 1稱取IOg竹焦油基 樹脂和2g碳纖維，將碳纖維加入到無水乙醇中超聲分散均勻后與竹焦油基樹脂的丙酮溶 液混合，超聲處理并干燥。得到碳纖維和竹焦油樹脂的混合物。最后將碳纖維和竹焦油樹脂的混合物置于平板硫化機上30MPa壓力下，90°C經歷 保持15h，然后繼續升溫至280°C保溫4h，得到復合材料。將所得復合材料裁成50 X 10 X 2mm的樣條，在萬能材料試驗機上采用三點短楔法 測得復合材料的層間剪切強度為13. 5MPa。以上已對本發明的較佳實施例進行了具體說明，但本發明并不限于所述實施例， 熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
權利要求
一種竹焦油樹脂基碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于按下列方法制得步驟一將質量比為3∶1的竹焦油和對苯二甲醇置于反應器中，按竹焦油和對苯二甲醇總質量的7％加入對甲苯磺酸，在惰性氣體氛圍下，130℃反應8小時，得到竹焦油基樹脂；步驟二按質量比3∶1～20∶1稱取竹焦油基樹脂和碳纖維，將碳纖維置于無水乙醇中超聲分散均勻后和含竹焦油樹脂的丙酮溶液混合，超聲分散后烘干；步驟三將碳纖維和竹焦油樹脂的混合物置于平板硫化機上，在10～40MPa壓力下，50～100℃處理2～24h，繼續升溫至200～300℃并保溫2～5h，得到復合材料。
2.一種運用權利要求1所述方法制得的竹焦油樹脂基碳纖維復合材料。
全文摘要
本發明提供了一種竹焦油樹脂基碳纖維復合材料及其制備方法，通過將樹脂研磨，溶解于有機溶劑中，然后與在有機溶劑中分散的碳纖維混合均勻，將干燥后的混合物經過熱壓即可得到碳纖維/竹焦油樹脂復合材料。制備的復合材料具有較好的力學性能和較高的耐熱性，層間剪切強度可達17.1MPa，在惰性氣氛300～400℃下仍然能夠保持穩定。
文檔編號C08G61/10GK101955632SQ20101026323
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者劉磊, 孟月娜, 宋懷河, 岳永德, 陳曉紅 申請人:北京化工大學;國際竹藤網絡中心