[发明专利]一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用，包括碳纤维层以及涂覆于所述碳纤维层上的环氧树脂层，所述碳纤维层包括间隔设置的第一碳纤维束和第二碳纤维束；其中，所述第一碳纤维和所述第二碳纤维各自独立地选自60T纤维、40T纤维、33T纤维、30T纤维或24T纤维，且第一碳纤维和第二碳纤维不同。在本发明中，通过选用两种不同拉伸模量的碳纤维共同使用，可以改善拉伸模量较大的纤维强度较差的缺陷，使得最后得到的碳纤维复合材料可以满足应用要求。

技术领域

本发明属于碳纤维材料领域，涉及一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

环氧树脂是一种强度高、粘结性能好、具有优良耐热性、防腐性和承载能力的热固性高分子材料，被广泛应用于涂料、电气绝缘材料和结构材料等领域，在航空航天、船舶、电子电气、机械制造及国防事业中起着重要的作用，随着航空工业的迅速发展，环氧树脂在这些方面的应用不断扩展，对其摩擦磨损性能也提出了更高的要求。同时，碳纤维也作为一种惰性增强材料，人们更多的研究如何将碳纤维与环氧树脂结合起来运用到上述领域。

碳纤维为由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性；外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

CN104212314A公开了一种抗磨损环氧树脂/碳纤维复合涂层及其制备、涂覆方法，，该复合涂层由碳纤维织物置于基体溶液中固化而成，基体溶液由64-66.5重量份环氧树脂、32-33.5重量份聚酰胺树脂、体积与环氧树脂总重量的比例为2.4mL:1g的甲苯溶液和1.5-2.5重量份经过硅烷偶联剂改性的纳米无机填料组成。该专利得到的复合涂层具有较优的耐磨效果，但是并未对碳纤维进行研究。CN109957306A公开了一种抗磨损碳纤维涂层及其涂覆方法，将碳纤维涂层材料中树脂与溶剂、黏土、粘合剂、填料混合熔融，在球磨机的作用下得到颗粒均匀且小于1000目筛的涂层材料，结合分散机的分散作用，使得涂层材料可以更好的与碳纤维表面结合，但仍未对碳纤维进行研究。

碳纤维种类繁多，分为60T、40T、30T、24T等，碳纤维60T是一种高刚性而低强度的纤维，材料极脆，在使用过程中重量弯曲稍微过大则就会断裂导致其无法发挥其刚性的作用，因此，保管和操作中国均需特别管控，费时费力。

因此，目前需要提供一种碳纤维复合材料以解决碳纤维刚性大强度低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的碳纤维复合材料在保持了碳纤维刚性基本不变的情况下大幅度的增加了材料的强度和韧性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种碳纤维复合材料，包括碳纤维层以及涂覆于所述碳纤维层上的环氧树脂层，所述碳纤维层包括间隔设置的第一碳纤维束和第二碳纤维束；

其中，所述第一碳纤维和所述第二碳纤维各自独立地选自60T纤维、40T纤维、33T纤维、30T纤维或24T纤维，且第一碳纤维和第二碳纤维不同。

在本发明中，通过选用两种不同拉伸模量的碳纤维共同使用，可以改善拉伸模量较大的纤维强度较差的缺陷，使得最后得到的碳纤维复合材料在具有较好刚性的同时韧性和强度较好，可以满足应用要求。

在本发明中，所述第一碳纤维和第二碳纤维分别选自60T纤维和40T纤维。

优选地，所述60T纤维为YSH-60A纤维，所述40T纤维为HR40纤维。