一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝的制作方法

本發明涉及碳纖維復合材料，具體為一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝。

背景技術：

1、碳纖維增強樹脂基復合材料是目前最先進的材料之一，具有強度高、韌性強、質量輕、抗疲勞等特點，在眾多領域都具有廣泛的應用前景，尤其是航天航空和武器軍工領域，應用于結構材料以及耐高溫抗腐蝕材料。

2、現有的樹脂基復合材料往往存在層間強度低、應力集中的問題，因此以熱固性樹脂為基體的復合材料在沖擊下很容易產生分層破壞；且樹脂基復合材料在制備過程中，通常采用熱壓罐成型工藝，但是熱壓罐投資大、成型過程能耗大以及成型周期長、效率低，導致樹脂基復合材料構件在成型過程需要消耗大量的能源和制造成本；為此，本發明提供了一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝以解決上述問題。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，解決了上述背景技術中提到的問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，包括以下重量份原料：樹脂基體15～30份、固化劑1～3份、碳纖維預制體60～80份、增強體0.2～0.4份；

3、所述增強體包括經堿性處理的植物纖維織物35％～50％、改性碳納米管膜25％～35％以及無機納米填料25％～30％；

4、該碳纖維增強樹脂基復合材料的具體制備步驟為：

5、步驟一、按上述重量配比稱取各原料，備用；

6、步驟二、將樹脂基體與固化劑倒入攪拌機中混合均勻；

7、步驟三、將增強體倒入步驟二中的混合物中，繼續攪拌；

8、步驟四、將碳纖維預制體鋪放入模具內；

9、步驟五、將模具閉合后注射步驟三中的混合物，然后固化成型，即得樹脂基復合材料。

10、優選的，所述碳纖維預制體由短切碳纖維形成，所述短切碳纖維的長度為10～50mm。

11、優選的，所述樹脂基體選自環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂以及聚酰亞胺樹脂中的任意兩種。

12、優選的，所述改性碳納米管膜的制備方法為：將碳納米管膜浸入3-氯過氧苯甲酸和二氯甲烷的混合溶液中，并在30～40℃的條件下反應20～22h，再將反應后的產物依次置于二氯甲烷和乙醇中，洗去殘留的3-氯過氧苯甲酸和二氯甲烷，最后將洗滌后的碳納米管膜放入75～80℃的真空干燥箱中，干燥1～1.5h，即得改性碳納米管膜；

13、其中，所述3-氯過氧苯甲酸和二氯甲烷的質量比為1:1。

14、優選的，所述植物纖維織物選自苧麻纖維織物、大麻纖維織物、亞麻纖維織物、黃麻纖維織物以及椰殼纖維織物中的任意一種或多種。

15、優選的，對植物纖維進行堿處理的具體方法為：

16、s1、將植物纖維織物置于質量分數為5％的naoh溶液或者質量分數為10％的nahco3溶液中浸泡；

17、s2、將經過浸泡處理后的植物纖維織物放入濃度為2％的草酸溶液中進行清洗3～5次；

18、s3、將s2中清洗后的植物纖維織物再用去離子水浸泡并沖洗1～1.5h，直至其呈中性；

19、s4、最后將沖洗后的植物纖維織物置于60～70℃的烘箱中，干燥20～30h即可；

20、其中，所述s1中，植物纖維織物與naoh溶液以及nahco3溶液的質量比均為1:(10～12)。

21、優選的，所述s1中，植物纖維織物在naoh溶液中浸泡處理5～7h，在nahco3溶液中浸泡處理90～160h。

22、優選的，所述無機納米填料選自無機納米金屬氧化物、無機納米非金屬氧化物以及碳系納米粒子中的任意一種。

23、優選的，所述無機納米金屬氧化物選自tio2以及a1203中的任意一種，所述無機納米非金屬氧化物為si02，所述碳系納米粒子選自碳黑、氣相生長碳纖維、石墨烯、富勒烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管中的任意一種。

24、有益效果

25、本發明提供了一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝。與現有技術相比具備以下有益效果：

26、(1)、該碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，通過閉模成型工藝，樹脂基體在模腔中浸潤增碳纖維預制體，是一種低成本、高質量的浸潤方法，能夠制造高纖維體積含量的大型復雜構型的零件，降低了樹脂基復合材料的制造成本和成型過程中的能耗。

27、(2)、該碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，通過對碳納米管膜進行環氧化改性處理，使得環氧基團含量顯著增加，顯著提高了碳納米管膜與樹脂基體之間的界面結合能力；通過將經過堿性處理的植物纖維織物添加至該復合材料中，使得植物纖維織物與樹脂基體之間的結合更為緊密，同時植物纖維織物能夠讓樹脂基體更好地進入其表層的孔洞，樹脂基體在固化過程中與植物纖維織物產生了緊湊的聯結，提高了該復合材料的拉伸性能；通過無機納米填料的添加，顯著提高了復合材料的抗拉強度、斷裂伸長率。

28、綜上所述，本技術方案成型工藝簡單，降低了成產成本，同時也顯著提高了復合材料的層間剪切強度，有效延長其使用壽命。

技術特征：

1.一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：包括以下重量份原料：樹脂基體15～30份、固化劑1～3份、碳纖維預制體60～80份、增強體0.2～0.4份；

2.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述碳纖維預制體由短切碳纖維形成，所述短切碳纖維的長度為10～50mm。

3.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述樹脂基體選自環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂以及聚酰亞胺樹脂中的任意兩種。

4.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述改性碳納米管膜的制備方法為：將碳納米管膜浸入3-氯過氧苯甲酸和二氯甲烷的混合溶液中，并在30～40℃的條件下反應20～22h，再將反應后的產物依次置于二氯甲烷和乙醇中，洗去殘留的3-氯過氧苯甲酸和二氯甲烷，最后將洗滌后的碳納米管膜放入75～80℃的真空干燥箱中，干燥1～1.5h，即得改性碳納米管膜；

5.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述植物纖維織物選自苧麻纖維織物、大麻纖維織物、亞麻纖維織物、黃麻纖維織物以及椰殼纖維織物中的任意一種或多種。

6.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：對植物纖維進行堿處理的具體方法為：

7.根據權利要求6所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述s1中，植物纖維織物在naoh溶液中浸泡處理5～7h，在nahco3溶液中浸泡處理90～160h。

8.根據權利要求1所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述無機納米填料選自無機納米金屬氧化物、無機納米非金屬氧化物以及碳系納米粒子中的任意一種。

9.根據權利要求8所述的一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，其特征在于：所述無機納米金屬氧化物選自tio2以及a1203中的任意一種，所述無機納米非金屬氧化物為si02，所述碳系納米粒子選自碳黑、氣相生長碳纖維、石墨烯、富勒烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管中的任意一種。

技術總結
本發明公開了一種碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，本發明涉及碳纖維復合材料技術領域，包括以下重量份原料：樹脂基體15～30份、固化劑1～3份、碳纖維預制體60～80份、增強體0.2～0.4份。該碳纖維增強樹脂基復合材料的制備工藝，通過對碳納米管膜進行環氧化改性處理，使得環氧基團含量顯著增加，顯著提高了碳納米管膜與樹脂基體之間的界面結合能力；通過將經過堿性處理的植物纖維織物添加至該復合材料中，使得植物纖維織物與樹脂基體之間的結合更為緊密，同時植物纖維織物能夠讓樹脂基體更好地進入其表層的孔洞，樹脂基體在固化過程中與植物纖維織物產生了緊湊的聯結，提高了該復合材料的拉伸性能。

技術研發人員：張明,賴淑芬,塞格齊·馬蒂
受保護的技術使用者：太倉致寶科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21