本發明屬于熱固性樹脂技術領域,特別是涉及一種苯并噁嗪樹脂基復合材料及其制備方法。
背景技術:
苯并噁嗪是一種由酚類化合物、胺類化合物和甲醛為原料合成的六元雜環化合物,作為一種新型的熱固性樹脂,它與傳統的酚醛、不飽和聚酯等熱固性樹脂固化過程不同,其固化過程不需固化劑或催化劑,其既克服了傳統酚醛樹脂固化時釋放小分子和使用酸堿類催化劑易腐蝕設備的問題,又保持了良好的力學性能、絕緣性能及一定的阻燃性能,且分子結構設計靈活,可根據需求與其它單體共聚、聚合物共混或纖維復合進行各類改性。因此,苯并噁嗪樹脂廣泛應用于復合材料基體樹脂、電絕緣材料、阻燃材料、電子封裝材料和無溶劑浸漬漆等領域;但由于苯并噁嗪樹脂具有脆性大的缺點,從而限制了其應用領域。
纖維可以有效地提高復合材料的力學性能,復合材料的力學性能主要取決于纖維與樹脂間的粘接力,因此可以通過增加界面的粘接強度提高復合材料的力學性能。然而,由于碳纖維表面輕基、羰基等極性基團的含量較少,不利于碳纖維與基體樹脂的粘接,使得碳纖維與苯并噁嗪苯并唔嗓樹脂之間具有較差的粘結性,目前關于偶聯劑對纖維增強復合材料的改性研究主要集中在玻纖、天然纖維,對碳纖維相關改性研究報道較少。
技術實現要素:
本發明的目的在于提供一種苯并噁嗪樹脂基復合材料,以增強其綜合力學性能,尤其是增強其韌性;本發明還提供了所述苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,通過等離子體處理并通過硅烷偶聯劑對碳纖維表面進行改性,提高碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料界面粘結性能,從而提高苯并噁嗪樹脂基復合材料的力學性能。
本發明采用的技術方案是:
一種苯并噁嗪樹脂基復合材料,由如下重量份的組分組成:碳纖維6-15份、硅烷偶聯劑0.5-1.0份和苯并噁嗪樹脂80-100份。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料,其中,由如下重量份的組分組成:碳纖維6份、硅烷偶聯劑1.0份和苯并噁嗪樹脂80份。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料,其中,所述硅烷偶聯劑為γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料,其中,所述苯并噁嗪樹脂為雙酚型苯并噁嗪樹脂或雙胺型苯并噁嗪樹脂。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)按配比準備原料,將所述碳纖維置于丙酮中浸泡24-30h以去除所述碳纖維表面上漿劑,放入80-95℃鼓風干燥箱中干燥3-4h,然后采用射頻等離子體對所述碳纖維的表面進行等離子體處理,氧氣流量為:8-9sccm;
(2)將所述硅烷偶聯劑加入到95%無水乙醇溶液中,攪拌均勻,得到濃度為1.2-1.5wt%的硅烷偶聯劑改性液;
(3)將步驟(1)中等離子體處理的所述碳纖維置于步驟(2)中得到的所述硅烷偶聯劑改性液中升溫至40-60℃,磁力攪拌反應60-90min,然后將處理后的所述碳纖維放入鼓風干燥箱中在80-90℃條件下干燥2-3h;
(4)將所述苯并噁嗪樹脂溶于丙酮中,配制成濃度為35-40wt%的膠液,加入步驟(3)中改性后的所述碳纖維,采用纏繞成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料預浸料,后采用模壓成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,其中,步驟(1)中等離子體處理功率為100-120w,處理時間為50-60min。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,其中,步驟(2)中硅烷偶聯劑改性液的濃度為1.2wt%。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,其中,步驟(3)中升溫至40℃,磁力攪拌反應60min。
本發明有益效果:
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料,具有良好的熱穩定性、力學性能、工藝性,尤其具有優異的韌性。
本發明所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,經等離子體處理后,碳纖維表面的粗糙度和活性含氧官能團的含量增加,增加了碳纖維與樹脂之間的結合性能;再進行偶聯劑接枝處理,并通過實驗條件的優化,碳纖維表面的活性含氧官能團的含量顯著增加,表面的浸潤性得到改善,改善了復合材料界面結合性能,從而,顯著提高該復合材料的層間剪切強度和彎曲強度。
具體實施方式
實施例1
一種苯并噁嗪樹脂基復合材料,由如下重量份的組分組成:碳纖維6份、硅烷偶聯劑1.0份和苯并噁嗪樹脂80份,所述碳纖維為t700,所述硅烷偶聯劑為γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,所述苯并噁嗪樹脂為雙酚型苯并噁嗪樹脂。
本實施例所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)按配比準備原料,將碳纖維置于丙酮中浸泡24h以去除碳纖維表面上漿劑,放入80℃鼓風干燥箱中干燥3h,然后采用射頻等離子體對所述碳纖維的表面進行等離子體處理,等離子體處理功率為100w,處理時間為50min,氧氣流量為:8sccm(標準毫升/分鐘);
(2)將所述硅烷偶聯劑加入到95%無水乙醇溶液中,攪拌均勻,得到濃度為1.2wt%的硅烷偶聯劑改性液;
(3)將步驟(1)中等離子體處理的碳纖維置于步驟(2)中得到的所述硅烷偶聯劑改性液中升溫至40℃,磁力攪拌反應60min,然后將處理后的所述碳纖維放入鼓風干燥箱中在80℃條件下干燥2h;
(4)將所述苯并噁嗪樹脂溶于丙酮中,配制成濃度為35wt%的膠液,加入步驟(3)中改性后的所述碳纖維,采用纏繞成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料預浸料,后采用模壓成型工藝制備碳纖維-噁嗪苯并樹脂基復合材料。
將本實施例制備的復合材料按照gb3357-82和gb3356-82的規定裁剪成標準試樣,在萬能材料試驗機上測試復合材料的層間剪切強度和彎曲強度。經測試,該復合材料的層間剪切強度和彎曲強度分別為65.2mpa和1392.0mpa。
實施例2
一種苯并噁嗪樹脂基復合材料,由如下重量份的組分組成:碳纖維10份、硅烷偶聯劑0.5份和苯并噁嗪樹脂90份,所述碳纖維為t700,所述硅烷偶聯劑為γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,所述苯并噁嗪樹脂為雙胺型苯并噁嗪樹脂。
本實施例所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)按配比準備原料,將碳纖維置于丙酮中浸泡24h以去除碳纖維表面上漿劑,放入90℃鼓風干燥箱中干燥3h,然后采用射頻等離子體對所述碳纖維的表面進行等離子體處理,等離子體處理功率為100w,處理時間為60min,氧氣流量為:9sccm(標準毫升/分鐘);
(2)將所述硅烷偶聯劑加入到95%無水乙醇溶液中,攪拌均勻,得到濃度為1.2wt%的硅烷偶聯劑改性液;
(3)將步驟(1)中等離子體處理的碳纖維置于步驟(2)中得到的所述硅烷偶聯劑改性液中升溫至50℃,磁力攪拌反應60min,然后將處理后的所述碳纖維放入鼓風干燥箱中在90℃條件下干燥2h;
(4)將所述苯并噁嗪樹脂溶于丙酮中,配制成濃度為35wt%的膠液,加入步驟(3)中改性后的所述碳纖維,采用纏繞成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料預浸料,后采用模壓成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料。
經測試,本實施例制備的復合材料的層間剪切強度和彎曲強度分別為61.7mpa和1293.1mpa,測試方法同實施例1。
實施例3
一種苯并噁嗪樹脂基復合材料,由如下重量份的組分組成:碳纖維15份、硅烷偶聯劑1.0份和苯并噁嗪樹脂100份,所述碳纖維為t700,所述硅烷偶聯劑為γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷,所述苯并噁嗪樹脂為雙酚型苯并噁嗪樹脂。
本實施例所述的苯并噁嗪樹脂基復合材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)按配比準備原料,將碳纖維置于丙酮中浸泡30h以去除碳纖維表面上漿劑,放入95℃鼓風干燥箱中干燥4h,然后采用射頻等離子體對所述碳纖維的表面進行等離子體處理,等離子體處理功率為120w,處理時間為50min,氧氣流量為:8sccm(標準毫升/分鐘);
(2)將所述硅烷偶聯劑加入到95%無水乙醇溶液中,攪拌均勻,得到濃度為1.5wt%的硅烷偶聯劑改性液;
(3)將步驟(1)中等離子體處理的碳纖維置于步驟(2)中得到的所述硅烷偶聯劑改性液中升溫至60℃,磁力攪拌反應90min,然后將處理后的所述碳纖維放入鼓風干燥箱中在90℃條件下干燥3h;
(4)將所述苯并噁嗪樹脂溶于丙酮中,配制成濃度為40wt%的膠液,加入步驟(3)中改性后的所述碳纖維,采用纏繞成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料預浸料,后采用模壓成型工藝制備碳纖維-苯并噁嗪樹脂基復合材料。
經測試,本實施例制備的復合材料的層間剪切強度和彎曲強度分別為61.2mpa和1259.2mpa,測試方法同實施例1。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述,并非對本發明的范圍進行限定,在不脫離本發明設計精神的前提下,本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進,均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。