一种界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112521644A(43)申请公布日2021.03.19(21)申请号202011310563.2C08K7/06(2006.01)(22)申请日2020.11.20(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人张笑晴刘思慧刘璟宏雷彩红(74)专利代理机构广东广信君达律师事务所44329代理人彭玉婷(51)Int.Cl.C08J5/24(2006.01)C08J5/06(2006.01)C08L63/00(2006.01)C08K9/04(2006.01)C08K9/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明属于复合材料界面改性技术领域，提供了一种界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料及其制备方法。该复合材料是将表面氧化的碳纤维进行酰氯化处理后，加入二元胺或多元胺化合物的四氢呋喃溶液中，制得表面接枝氨基化合物的碳纤维A；再将双酚系化合物、三羟基化合物和环氧氯丙烷混合，加热至80～130℃反应，制得环氧封端的超支化聚合物B；将A加入B和二氧六环溶液中进行开环反应，制得末端β‑羟基氨基双官能团超支化聚合物接枝的碳纤维C；将碳纤维C束丝制成预浸带，按[0°/90°]的顺序依次交替铺陈，在300～1000KPa，120～200℃固化反应制得。该复合材料显著提高碳纤维复合材料的界面性能和综合力学性能。CN112521644ACN112521644A权利要求书1/2页1.一种界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述复合材料是将表面氧化的碳纤维浸入二氯亚砜中，在60～100℃进行酰氯化反应，得到表面酰氯化的碳纤维；再将二元胺或多元胺化合物溶于四氢呋喃中，加入表面酰氯化的碳纤维，在40～100℃恒温反应，制得表面接枝氨基化合物的碳纤维；然后将双酚系化合物、三羟基化合物和环氧氯丙烷混合，加热至80～130℃搅拌反应，滴加氢氧化钠溶液，滴加完后继续反应，制得环氧封端的超支化聚合物；再将上述表面接枝氨基化合物的碳纤维加入环氧超支化聚合物和二氧六环溶液中，在80～150℃加热回流反应，反应结束后除去未反应的环氧超支化聚合物，烘干后加入二氧六环溶剂和氨水，密封后恒温90～120℃开环反应1～5h，制得末端β‑羟基氨基双官能团超支化聚合物接枝的碳纤维；最后将末端β‑羟基氨基双官能团超支化聚合物接枝的碳纤维束丝单向排布固定，用环氧树脂丙酮溶液浸渍，在30～50℃除去溶剂制备成预浸带，将预浸带裁成片，然后将若干片预浸带按照[0°/90°]的顺序依次交替铺陈，放入真空袋内抽真空至‑0.08～0.1MPa，再放入真空热压罐中，压力设定为300～1000KPa，在120～200℃固化反应制得。2.根据权利要求1所述的界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述表面氧化的碳纤维和二氯亚砜的质量比为1:(20～100)；所述三羟基化合物和双酚系化合物的质量比为(1～9):(4～6)，所述环氧氯丙烷、氢氧化钠、三羟基化合物和双酚系化合物总羟基的摩尔比为(5～2):(1.5～1):1。3.根据权利要求1所述的界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述的二元胺为乙二胺、1,3‑丙二胺、1,2‑丙二胺、1,4‑丁二胺、1,6‑己二胺或1,11‑十一烷二胺；所述的多元胺为N,N'‑双(3‑氨丙基)乙二胺，N‑(3‑氨基丙基)‑1,4‑丁二胺或N,N'‑双(3‑氨基丙基)‑1,4‑丁二胺。4.根据权利要求1所述的界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述二元胺或多元胺化合物溶于四氢呋喃中的质量浓度为20～90％；所述氢氧化钠溶液的浓度为3～6mol/L。5.根据权利要求1所述的界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述的双酚系化合物为2,2‑二‑(4‑羟基苯基)丙烷(双酚A)、2,2‑二‑(4‑羟基苯基)丁烷(双酚B)、2,2‑二‑(4‑羟基‑3‑甲基苯基)丙烷(双酚C)、二‑(4‑羟基苯基)甲烷(双酚F)、2,2‑双‑(4‑羟基苯基)或4,4’‑二羟基二苯砜(双酚S)；所述的三羟基化合物为三乙醇胺、丙三醇或三(羟甲基)乙烷。6.根据权利要求1所述的界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料中纤维的体积含量为40％～60％，所述环氧树脂丙酮溶液的质量浓度为40～60％；所述界面改性的碳纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度为80～110MPa，弯曲强度为85～130MPa。7.根据权利要求1‑6任一项所述的界面改性的碳纤维/环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征