專利名稱：一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高材料的界面韌性的方法。
背景技術(shù)：
碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性和耐候優(yōu)異的性能特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于航空航天、體育休閑用品、土木建筑、電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。但由于固化后的環(huán)氧樹脂分子形成的是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外部載荷作用產(chǎn)生微裂紋時(shí)，裂紋很容易擴(kuò)展韌性很差；同時(shí)，碳纖維與環(huán)氧樹脂的界面以化學(xué)鍵合的方式連接，雖然結(jié)合強(qiáng)度較好，但是界面的斷裂應(yīng)變能力低、阻止裂紋擴(kuò)展的能力差，界面的韌性很差。低韌性的界面會(huì)導(dǎo)致材料在受到外部載荷時(shí)發(fā)生脆性破壞，界面應(yīng)力傳遞受到影響，這就限制了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂在具有更高要求的領(lǐng)域上的應(yīng)用，因此提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性就顯得很有必要。利用熱塑性樹脂基韌性好的特點(diǎn)，在纖維的表面涂覆一層熱塑性樹脂，可以有效的改善碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性。當(dāng)界面受到外部載荷而產(chǎn)生微裂紋時(shí)，界面的熱塑性樹脂可以阻礙裂紋的擴(kuò)展；同時(shí)，界面破壞時(shí)，熱塑性樹脂涂層也可以吸收更多的能量，這也就使得界面的韌性得以提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性差的技術(shù)問題，從而提供了一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法。本發(fā)明的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法是按以下步驟進(jìn)行: 一、將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑中，在溫度為60 130°C下攪拌加熱至熱塑性樹脂溶解后，加入助劑，制得聚合物溶液；其中，熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(0.001
0.05): 1，助劑和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(0.001 0.03): I ；二、將步驟一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料先以0.1 lOm/s的速率通過裝有聚合物溶液的溶液槽，再以0.1 lOm/s的速率通過裝有清洗液的清洗槽，然后在40 120°C下干燥5 120s，即完成碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的所用的碳纖維的表面改性。本發(fā)明包括以下有益效果:1、本發(fā)明碳纖維的表面處理方法為聚合物涂覆法，所制備的聚合物溶液制備方法簡(jiǎn)單、使用方便；2、在碳纖維表面涂覆聚合物后去除溶劑的方法為沉淀相轉(zhuǎn)化法，該方法簡(jiǎn)單且無毒，對(duì)環(huán)境友好；3、本發(fā)明經(jīng)過表面處理后的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性提高大于 35 。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法是按以下步驟進(jìn)行:一、將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑中，在溫度為60 130°C下攪拌加熱至熱塑性樹脂溶解后，加入助劑，制得聚合物溶液；其中，熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(0.001
0.05): 1，助劑和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(0.001 0.03): I ；二、將步驟一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料先以0.1 10m/S的速率通過裝有聚合物溶液的溶液槽，再以0.1 lOm/s的速率通過裝有清洗液的清洗槽，然后在40 120°C下干燥5 120s，即完成碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的所用的碳纖維的表面改性。本實(shí)施方式包括以下有益效果:1、本實(shí)施方式碳纖維的表面處理方法為聚合物涂覆法，所制備的聚合物溶液制備方法簡(jiǎn)單、使用方便；2、在碳纖維表面涂覆聚合物后去除溶劑的方法為沉淀相轉(zhuǎn)化法，該方法簡(jiǎn)單且無毒，對(duì)環(huán)境友好；3、本實(shí)施方式經(jīng)過表面處理后的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性提聞大于35%。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是:步驟一中熱塑性樹脂為可溶性聚芳醚酮樹脂。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是:步驟一中有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亞砜(DMSO)。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是:步驟一中助劑為聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或仲辛醇聚氧乙烯醚。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是:步驟一中熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.01: I。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是:步驟一中助劑和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.005:1。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是:步驟二中以lm/s的速率通過裝有聚合物溶液的溶液槽。。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同的是:步驟二中清洗液為甲醇、無水乙醇或丙酮。其它與具體實(shí)施方式
一至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是:步驟三中在70°C下干燥10s。其它與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:試驗(yàn)一:本試驗(yàn)的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法是按以下步驟進(jìn)行:一、將含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜酮樹脂溶于二甲基乙酰胺中，在溫度為80°C下攪拌加熱至熱塑性樹脂溶解后，加入蓖麻油聚氧乙烯醚，制得聚合物溶液；其中，含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜酮樹脂和二甲基乙酰胺的質(zhì)量比為0.01: 1，蓖麻油聚氧乙烯醚和二甲基乙酰胺的質(zhì)量比為0.005: I ；二、將步驟一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料先以lm/s的速率通過裝有聚合物溶液的溶液槽，再以lm/s的速率通過裝有無水乙醇的清洗槽，然后在70°C下干燥10s，即完成碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的所用的碳纖維的表面改性。
本試驗(yàn)經(jīng)過表面處理后的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性提高了40%。
權(quán)利要求
1.一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法是按以下步驟進(jìn)行: 一、將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑中，在溫度為60 130°C下攪拌加熱至熱塑性樹脂溶解后，加入助劑，制得聚合物溶液；其中，熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.001 0.05: 1，助劑和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.001 0.03: I ； 二、將步驟一制得的聚合物溶液置于溶液槽中，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料先以0.1 10m/S的速率通過裝有聚合物溶液的溶液槽，再以0.1 lOm/s的速率通過裝有清洗液的清洗槽，然后在40 120°C下干燥5 120s，即完成碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的所用的碳纖維的表面改性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟一中熱塑性樹脂為可溶性聚芳醚酮樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟一中有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮或二甲基亞諷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟一中助劑為聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或仲辛醇聚氧乙烯醚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟一中熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.01: I。
6.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟一中助劑和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0.005: I。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟二中以lm/s的速率通過裝有聚合物溶液的溶液槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，其特征在于步驟二中清洗液為甲醇、無水乙醇或丙酮。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，步驟二中在70°C下干燥10s。
全文摘要
一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性的方法，涉及一種提高材料的界面韌性的方法。本發(fā)明是要解決碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性差的技術(shù)問題。方法為一、將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑中，再加入助劑，制得聚合物溶液；二、采用浸漬法將碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料先通過裝有聚合物溶液的溶液槽，再通過裝有清洗液的清洗槽，然后干燥，即完成碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的所用的碳纖維的表面改性。本發(fā)明經(jīng)過表面處理后的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面韌性提高大于35％。本發(fā)明應(yīng)用于材料的表面與界面改性領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08K7/06GK103205008SQ20131012735
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者劉文博, 李曉琴, 王榮國(guó), 郝立峰, 張舒, 楊帆, 矯維成 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)