[发明专利]一种改性碳纤维增强树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种改性碳纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，属于树脂基复合材料技术领域。本发明利用石墨烯作为树脂基体的改性剂，石墨烯具有粗糙起皱的波纹结构，能够使碳纤维与树脂基体结构互锁，改善树脂基体与碳纤维的界面特性，进而提高碳纤维增强树脂基复合材料的强度；本发明采用超声‑双氧水联合氧化对碳纤维进行改性，可以增加碳纤维表面羟基、羰基等活性含氧自由基团的活性，达到表面改性的目的，可以使碳纤维和树脂基体的粘合更加紧密，增加复合材料的层间强度，而且所得改性碳纤维作为增强体骨架赋予复合材料优异的耐疲劳、抗冲击性、减震、耐腐蚀、导热、耐高温、高强度、轻质和可塑性等特点。

技术领域

本发明涉及树脂基复合材料技术领域，尤其涉及一种改性碳纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。

背景技术

在航空、航天、汽车行业的进程中，轻量化成为了多种行业共同的发展方向。特别是伴随着节能减排的号召，轻量化意味着能耗的大幅度降低。轻量化的发展方向不外乎使用轻质材料、进行结构设计或是改进材料加工工艺。相比后两种方法，采用轻质材料代替部分甚至全部的金属材料更具现实可行性。因此，轻质材料的发展是影响航空航天、汽车等行业进一步发展的关键。

由两种或多种材料组合而成的复合材料由于能兼备各组分的优良特性而备受关注。有机树脂基复合材料具有较高的比强度、比模量和耐腐蚀等性能，因此能在一定程度上代替金属而减少整体质量。但树脂基复合材料由于树脂基体及树脂基体与增强体(如玻璃纤维、碳纤维)之间界面配合存在问题，而使其强度并不能完全满足代替金属的需要。因此，急需一种增强的、能够改善界面的树脂基复合材料来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性碳纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，所制备的改性碳纤维增强树脂基复合材料具有优异的界面特性，同时具有优异的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将石墨烯分散液和树脂基体混合，进行改性，得到改性树脂基体；

将碳纤维浸入双氧水溶液中，进行超声处理，得到改性碳纤维；

将所述改性碳纤维进行铺层，得到碳纤维织物；

将所述改性树脂基体和固化剂混合，将所得改性树脂基体-固化剂混合物与碳纤维织物依次进行交替层叠和热压成型，得到改性碳纤维增强树脂基复合材料。

优选的，所述树脂基体为热塑性树脂或热固性树脂。

优选的，所述石墨烯分散液中石墨烯的粒径为100nm，厚度为2～3nm。

优选的，所述石墨烯分散液的浓度为1mg/mL；所述石墨烯分散液占树脂基体的质量百分含量为0.01～10％。

优选的，所述碳纤维的平均纤维丝束直径为7nm，线密度为198g/1000m，密度为1.78g/cm²。

优选的，所述双氧水溶液的质量浓度为1～30％；所述双氧水溶液和碳纤维的质量比为1:(3～10)。

优选的，所述超声处理的时间为10～60min，功率为50～200W。

优选的，所述改性碳纤维按照纤维面密度为50～150g/m²进行铺层。

优选的，所述改性树脂基体-固化剂混合物与碳纤维织物的质量比为10:(1～3)。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性碳纤维增强树脂基复合材料，包括石墨烯改性树脂基体和改性碳纤维，所述石墨烯改性树脂基体与改性碳纤维机械互锁。