[发明专利]一种腈基树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种腈基树脂复合材料及其制备方法。 

背景技术

传统微米纤维增强高分子复合材料，比如玻纤，碳纤，芳纤等，具有质量轻，强度高，耐温性好，广泛应用于各个领域。然而，纤维本身具有很高的强度，但所得纤维增强的复合材料的强度却远远低于纤维本身的强度，即微米尺寸纤维提升复合材料力学性能有限。研究发现，造成这种结果的第一个原因是纤维和基体树脂的相容性较差，不能使应力很好的传递；第二原因是纤维和基体树脂之间通常有一定的自由体积甚至空穴，应力没法在此处转移；第三个原因是传统微米尺寸的纤维毕竟对基体增强区域有限，所以复合材料中有大面积的基体富集区域，基体没有得到增强，导致断裂并蔓延。 

一方面，针对以上问题，一些学者致力于纤维表面处理，以期纤维和基体树脂进行一定的化学键和。这种方法，确实提高了纤维和树脂之间的界面强度减少了空穴，对力学性能增强比较明显。但是，这种方法通常需要强腐蚀性物质和精确的化学剂量，不环保不经济且制备过程相当复杂，难以控制。此外，传统微米尺寸的纤维增强基体区域有限，基体富集区域问题仍然存在。另一方面，纳米填料因为具有很大的比表面积，优秀的强 度和很高的长径比，能够比微米填料更好减少基体富集区域，从而增强高分子基体。但是，纳米填料的具有很高的比表面能，极易团聚。并且纳米填料的加入导致高分子基体粘度增大，从而分散不均，设备严重堵塞，加工操作困难，很难实现工业化生产。 

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种腈基树脂复合材料及其制备方法。 

本发明的目的是提供一种腈基树脂复合材料及其制备方法，其是由腈基树脂，纳米填料和微米填料的预浸料或共混物通过模压工艺或者热压工艺按照一定升温程序固化压制而得。这种材料综合了微米填料和纳米填料的性能，所得复合材料不仅加工性强，而且综合性能性能优异，具有工业化生产应用前景。 

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有更好综合性能的腈基树脂复合材料。本发明解决的第一个技术问题通过以下技术方案实现： 

腈基树脂复合材料：由下列重量份数的材料制成：腈基树脂：25—55份；纳米填料：1—10份；微米填料：35—74；分散溶剂：0—500份； 

所述腈基树脂是下列通式表示的化合物中的一种或几种混合物的单体或预聚物； 

通式： 

其中R=NH₂,OH,COOH，脂肪链或芳杂环链。 

所述腈基树脂是含有邻苯二甲腈片段结构的树脂。 

所述纳米填料是碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米石墨、粘土、白炭黑、高岭土纳米材料。 

所述微米填料是碳纤维、玻纤维或芳纤维制成的碎纤维、纤维丝或纤维布。 

所述分散溶剂是1-4二氧六环、甲苯、丁酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者几种的混合物。 

本发明上述材料制备的腈基树脂复合材料弯曲模量是5—30GPa，弯曲强度是200—800MPa，初始分解温度大于500℃，800℃下残炭率大于65%。 

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述腈基树脂复合材料的制备方法。包括热压成型制备方法和模压成型制备方法。 

热压成型制备方法包括以下步骤： 

（1）配成胶体：按上述各组成材料比例将腈基树脂、纳米填料分散在分散溶剂中，加热搅拌1h，加热回流搅拌1-4h，配制成胶体； 

（2）预浸料：将微米填料的纤维在上述胶体中充分浸润后室温下晾置24h，使得溶剂挥发得到预浸料； 

（3）烘布：将预浸料置于烘箱，在温度180℃条件下烘3-5min； 

（4）压延：将烘布完成的材料置于涂有脱模剂的磨具中，在液压机上压制成型；压制工艺如下：200℃下放置数钟后加5MPa压力，然后释放压力，反复三次，随后将压力调至10MPa，反复释放三次，以排除预浸料夹层中的空气和溶剂，然后加压至15MPa，按照以下程序160—200℃/1—4h；220 —260℃/1—6h；280—320℃/1—6h；340—380℃/1—6h的几段或者全部进行升温热压：然后空冷至室温得到腈基树脂复合材料制品。 

模压成型制备方法包括以下步骤： 

（1）混合：按上述各组成材料比例将腈基树脂、纳米填料、粉料微米填料置于混合装置中，混合搅拌20min-60min，得到黑黄色的共混物粉末；