[发明专利]一种碳基增强体/树脂复合材料的制备方法

说明书

一种碳基增强体/树脂复合材料高强度界面的微波辅助高效构筑方法属于复合材料领域。该方法包括纳米粒子通过物理包覆和化学接枝协同作用改性碳基增强体，进而形成笼状结构碳源材料外壳包覆的界面(笼状界面结构)。本发明基于微波辐照活化原理，通过调整过渡金属型催化剂、碳源材料与纳米粒子的比例实现碳基增强体活化及纳米粒子的均匀自组装。相较于复合材料传统界面增强更加高效快捷，实现了碳基增强体/树脂复合材料界面的纳米强化，同时解决了在微波场中碳基增强体放电和打火破坏其结构完整性和强度等难题，对制备高性能碳基增强体/树脂复合材料具有重要意义，可用于复合材料压力容器、航空航天飞行器等高技术领域。

技术领域

本发明属复合材料领域，主要涉及一种碳基增强体/树脂复合材料的制备方法。

背景技术

碳基增强体/树脂复合材料由于其高比强度、高比模量、低密度及耐腐蚀性等优异特性，被广泛应用于交通运输、航空航天和体育用品等领域。在碳纤维增强树脂复合材料领域，碳纤维制作的碳化过程导致纤维表面的化学惰性，导致碳基增强体/树脂复合材料中纤维和树脂界面处结合较差，特别在极端条件下在破坏时容易从界面处滑脱，无法充分发挥纤维的强度；碳基纳米粒子增强树脂复合材料中碳基纳米粒子的分散性，与树脂相容性等较难控制，这些限制了碳基增强体/树脂复合材料在一些高性能领域的使用。通常来说，影响碳基增强体/树脂复合材料性能的因素主要有基体，增强体及两者界面。目前碳基增强体/树脂复合材料领域中高强、高模的树脂有相对突出的进展，但是树脂和碳基增强体界面处的结合强度及相容性是目前有待解决的重要问题。目前在碳基增强体改性领域，常用的改性方法为涂敷法、电泳沉积法、化学气相沉积法和化学接枝法。涂敷法相对于其他方法具有方便快捷、易于批量应用的优点，但是过弱的结合力以及涂敷过程中难以控制的均匀性严重降低了其对于界面强度的提升；采用电泳沉积法可以实现上浆层的密实包覆，但是电泳过程中电极气泡易聚集于碳基增强体表面，同时随改性碳基增强体含量增加其电力消耗增加，实际批量改性中性价比较低；化学气相沉积可以通过逐步控制实现纤维等碳基增强体表面改性的均匀性，但是操作复杂，且一般需要贵金属作为表面改性的生长位点，实际改性中性价比较低；化学接枝法可以实现上浆层与碳基增强体界面的较强共价结合，但是增强体表面会受到不同程度的破坏，影响碳基增强体的力学性能。

此外，微波作为具有选择性的电磁复合场在复合材料领域被广泛适用，其特征的选择性加热，快速致热的优势优化了碳基增强体/树脂复合材料的固化过程。同时微波作为辅助场在化学合成领域具有提高反应速率，优化产物质量的优势；微波场具有取向作用，可以诱导电磁响应粒子进行自组装。将纳米粒子改性引入到碳基增强体表面的改性方式本质上包括纳米粒子的化学接枝、物理包覆及其在碳基增强体表面的自组装行为等过程。微波场不仅可以促进纳米粒子接枝的反应效率，还可以诱导纳米粒子在碳基增强体表面的有序自组装。因此微波辅助在碳基增强体/树脂复合材料界面构筑领域具有巨大的潜力。