[发明专利]一种高层间剪切高韧性碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高层间剪切高韧性碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，复合材料包括碳纤维、环氧树脂及分散于该环氧树脂中的改性SiO₂@PDVB Janus粒子；碳纤维、环氧树脂与改性SiO₂@PDVB Janus粒子的质量比为20∶100∶4；改性SiO₂@PDVB Janus粒子为由TETA或KH570对SiO₂@PDVB Janus粒子进行改性的粒子。改性SiO₂@PDVB Janus粒子使得碳纤维复合材料既获得了良好的韧性，也使基体树脂与碳纤维的界面结合得更加牢固，从而使所制备的纳米纤维复合材料具有优异的层间剪切性能和良好的韧性。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种碳纤维/环氧树脂复合材料，尤其涉及一种高层间剪切高韧性碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维具有热膨胀系数小、拉伸模量高、尺寸稳定性好、轻质高强等优异的性能，被广泛地应用在太阳能板、精密的光学电子仪器、航空卫星制件等领域。近年来，国产高模量碳纤维的生产工艺逐步发展，国内的相关科研院所也突破了生产M40J等高模量的碳纤维的技术难关，但是其与树脂基体的匹配问题仍待解决。

高模碳纤维和树脂基体之间良好的界面相容和性能匹配是获得高性能碳纤维增强树脂复合材料的充分条件。但是由于碳纤维表面石墨化程度高，外表面呈惰性，而且树脂基体与碳纤维的模量相差较大，使得其碳纤维和树脂界面承受的应力集中，最终使得复合材料界面过早脱黏、失效，限制了高模碳纤维优异性能的发挥。所以为了提高碳纤维增强树脂复合材料的力学性能和界面性能，可以通过提高树脂基体的模量以提高与纤维之间的刚度匹配和界面结合强度。

提高树脂模量的方法通常有反增塑增刚、纳米材料增刚和有机刚性分子增刚等方法，刚性粒子作为一种成本低、性能优良的材料，用其增刚环氧树脂体系的方法越来越受到关注。刚性粒子，如无机纳米二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、石墨烯、碳纳米管等，有机刚性粒子如聚甲基丙烯酸甲酯等都已用来改性环氧树脂。例如，传统的利用纳米二氧化硅来增强增韧环氧树脂，虽然固体纳米颗粒对环氧树脂可以同时提高它的机械性能和热稳定性，但其团聚现象和界面问题会影响基体的性能。

目前越来愈多的人开始研究核壳结构聚合物对提高树脂模量的影响，但是，目前研究的用于环氧树脂增刚的核壳结构聚合物都是具有各向同性的刚性球形粒子，此种方法虽然有一定的增刚增韧效果，但其与环氧树脂基体的界面结合仍有需要改进的地方。

发明内容

本发明提供一种一种高层间剪切高韧性碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种高层间剪切高韧性碳纤维/环氧树脂复合材料，复合材料包括碳纤维、环氧树脂及分散于该环氧树脂中的改性SiO₂@PDVB Janus粒子；碳纤维、环氧树脂与改性SiO₂@PDVB Janus粒子的质量比为20∶100∶4；改性SiO₂@PDVB Janus粒子为由TETA或KH570对SiO₂@PDVB Janus粒子进行改性的粒子。