[发明专利]一种航空用碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种航空用碳纤维复合材料及其制备方法，属于碳纤维复合材料技术领域，该复合材料，包括如下重量份原料：聚酰胺70‑80份、润滑剂0.2‑0.4份、碳纤维增强剂30‑45份和稳定剂0.4‑1份；制备方法包括如下步骤：第一步、将聚酰胺、润滑剂、稳定剂在高速混合机中混合10min；混合均匀后置于双螺杆挤出机中，将碳纤维增强剂加入挤出机中，经熔融混合挤出造粒；第三步、造粒结束后，干燥4h，然后再将干燥后的粒子注塑成型。本发明中以制备的助剂和制备的酰氯化碳纤维反应，制得了碳纤维增强剂，提高了碳纤维与聚酰胺共混效果，助剂的添加提高了碳纤维增强剂和聚酰胺树脂之间的结合强度。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体地，涉及一种航空用碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料因其质轻高强而广泛应用于航天航空等领域。作为一种各相异性材料，碳纤维增强体主要在轴向表现出优异的力学性能，而其横向及层间的力学性能明显较低，由于碳纤维增强体经过高温碳化和石墨化处理后，导致其表面活性官能团较少，其与基体材料的浸润性差，因此碳纤维增强体与基体材料界面结合性能较弱，若碳纤维复合材料各个方向热胀系数相差较大，温度的剧烈变化将导致材料发生热变形，甚至扭曲或开裂，影响使用安全。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种航空用碳纤维复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种航空用碳纤维复合材料，包括如下重量份原料：

聚酰胺70-80份、润滑剂0.2-0.4份、碳纤维增强剂30-45份和稳定剂0.4-1份；

进一步地，润滑剂为季戊四醇酯和硅酮粉中的一种。

进一步地，稳定剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和抗氧剂1098按照重量比1：1混合而成。

碳纤维增强剂通过如下步骤制备：

步骤S11、将碳纤维加入氧化混合液中，加热至70℃，恒温反应1h，反应结束后，用去离子水洗涤多次并在乙醇中抽提除去多余的试剂。90℃真空干燥后，得到氧化碳纤维；反应过程中，过硫酸钾作为氧化剂，硝酸银作为氧化反应的促进剂。对碳纤维表面进行氧化，提高含氧官能团数量；

步骤S12、将氧化碳纤维和二氯亚砜混合，加入N,N-二甲基甲酰胺，在温度为80℃条件下反应16h，反应结束后，过滤、干燥得到酰氯化碳纤维；得到的氧化碳纤维和二氯亚砜在N,N-二甲基甲酰胺的催化作用下，再引入酰氯基团，得到酰氯化碳纤维；

步骤S13、将助剂和甲醇混合，加入HATU，超声分散15min，然后和酰氯化碳纤维加入高压反应釜中，在温度为260℃，压力为8.5MPa，反应15-35min，反应结束后，过滤、用热水和甲醇洗涤，洗涤结束后，真空干燥至恒重，得到碳纤维增强剂。酰氯化碳纤维在缩合剂HATU的作用下和助剂反应，得到碳纤维增强剂。

进一步地，步骤S11中氧化混合液为过硫酸钾和硝酸银的混合液，其中过硫酸钾的摩尔浓度为0.1mol/L，硝酸银的摩尔浓度为0.01mol/L，步骤S12中N,N-二甲基甲酰胺和二氯亚砜的用量体积比为20：1。

进一步地，步骤S13中助剂、甲醇和HATU的用量比为0.2g：60mL：10mg。

进一步地，助剂通过如下步骤制备：

步骤S21、在温度为5℃、氮气保护条件下，将氢化钠和四氢呋喃混合，搅拌10min，然后加入对羟基苯甲醛，搅拌反应6h，然后加入六氯环三磷腈溶液，加完后回流反应48h，反应结束后，过滤，滤液减压浓缩，和正己烷混合，过滤，干燥，得到中间体1；对羟基苯甲醛的醛基和六氯环三磷腈上的氯反应，制得中间体1，中间体1上存在朝外的醛基，中间体1的结构类似于星型结构；