[发明专利]一种碳纤维环氧树脂复合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种由碳纤维和环氧树脂复合而成的材料及其制作方法，包含作为基体材料的环氧树脂组分A，作为增强相的碳纤维组分B和具有核壳结构的组分C，其中，所述组分B和组分C均匀分散于组分A中，且所述组分C中至少含有作为内核材料的组分X和作为包覆材料的Z。本发明提供的碳纤维/环氧树脂复合材料，在组分C的包覆材料的作用下，通过调控C的种类和性能参数，可以实现固化速度的可控性，给材料的使用带来便利，其固化产物具有至少为70MPa的表观层间剪切强度，至少800J/m²的层间断裂韧度能。

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种由碳纤维和环氧树脂复合而成的材料及其制作方法。

背景技术

复合材料是指将两种或两种以上的不同材料，通过适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料优越。主要特点是不仅保持其原组分的部分优点，而且还具有原组分不具备的特点。复合材料区别于单一材料的另一个显著特点是材料的可设计性。复合材料的这些特性让其成为一类性能优秀的新型材料。

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维复合材料具有优良胜能，其中碳纤维短丝增强复合材料，由于成型工艺简单，制备成本低廉等特点，具有良好的应用前景。

环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上的环氧基的化合物，是以脂肪族、脂环族或芳香链段为主链的高分子预聚物，是一类重要的热固性树脂。其中以双酚A型树脂产量最大，用途最广。环氧树脂能通过其环氧基团的反应形成坚固的热固性产物的高分子环氧低聚物，即其可以与固化剂反应便可形成三维网络状的热固性塑料。因为其具有优异的力学性能、耐热性能、化学稳定性等特性，所以作为基体被广泛应用于先进复合材料中。但是由于环氧树脂固化后的交联密度较高，存在内应力大、质脆、耐冲击性能差等缺点，难以满足先进复合材料在高端领域的要求，其应用一直受到限制，因此对环氧树脂的复合改性及应用一直是广大科研工作者的研究热点。

目前行业上用于碳纤维/环氧树脂复合材料的环氧树脂原料，存在很多缺点，例如：

1)由于环氧树脂是热固性材料，需要将树脂和固化剂分开储存运输，在使用时再混合使环氧树脂固化，这样就给运输和施工带来了很多困难；

2)复合材料中存在的碳纤维，可能存在和环氧树脂之间的界面粘接力较差的问题，在树脂被破坏的时候二者的结合往往也会随之破坏；

3)由于环氧树脂固化后一般脆性较大，所以复合材料也会表现出抗冲击性能差的性质；

4)同一种碳纤维环氧树脂复合材料的固化条件是一定的，不能满足多种施工条件下的要求。

中国专利CN 106832752 A公开了一种碳纤维环氧树脂预浸料，对复合材料基体和增强相之间的作用效果进行改善，没有对基体材料或者增强相做改进，复合材料的性能仍然取决于增强相预浸料和树脂基体材料之间的作用效果。而且目前技术上对碳纤维直接进行表面处理的技术也非常多，碳纤维的预浸反而需要引入过多的操作，可能会使使用过程更加繁琐。

中国专利CN 105086376 A公开了一种碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，同样也仅是对传统的碳纤维环氧树脂体系内的各组分进行少量的修改，对最终得到的复合材料的性能及其使用方法不能起到本质上的改进。

发明内容

本发明提供的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，从材料的本质上做了一些修改，制备了一种完全新型的复合材料，改变了传统复合材料的使用方法，并改善了最终固化产物的性能。

性能提升体现在：