本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
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碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(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)被廣泛應(yīng)用于航空航天、體育休閑用品、土木建筑、電子產(chǎn)品、自行車(chē)等領(lǐng)域。
碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料應(yīng)用于碳纖維自行車(chē)制造時(shí)，既要滿(mǎn)足復(fù)合材料的制備工藝，又要滿(mǎn)足碳纖維自行車(chē)的制造工藝。由于固化后的環(huán)氧樹(shù)脂分子形成的是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)收到外部載荷作用產(chǎn)生微裂紋時(shí)，裂紋很容易擴(kuò)展，從而韌性很差；同時(shí)，碳纖維與環(huán)氧樹(shù)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)致材料在收到外部載荷時(shí)發(fā)生脆性破壞，界面應(yīng)力傳遞收到影響，這就限制了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂在自行車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，因此提高碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂界面韌性顯得尤為重要。
中國(guó)專(zhuān)利(201310127353.3)公開(kāi)了一種提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的方法，通過(guò)在碳纖維表面涂覆一層熱塑性樹(shù)脂，可以有效改善碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)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)生裂紋時(shí)，界面的熱塑性樹(shù)脂可以阻礙裂紋的擴(kuò)展；同時(shí)界面破壞時(shí)，熱塑性樹(shù)脂涂層也可以吸收更多的能量，這也使得界面的韌性得以提高。但是其容易使得復(fù)合材料的耐熱性和抗沖擊性能降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其耐熱、耐磨性好，具有一定的耐腐蝕性能，比強(qiáng)度大，抗沖擊性能優(yōu)異。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該復(fù)合材料的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維1-3份，環(huán)氧樹(shù)脂30-50份，
漂珠2-5份，明膠3-8份，
麥飯石粉2-3份，偶聯(lián)劑1.5-3份，
固化劑2-5份，促進(jìn)劑1-2份。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維2份，環(huán)氧樹(shù)脂45份，
漂珠3.5份，明膠6份，
麥飯石粉2.5份，偶聯(lián)劑2份，
固化劑3.5份，促進(jìn)劑1份。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述碳纖維的直徑為200-500nm，所述碳纖維的長(zhǎng)度為0.8-1μm。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述環(huán)氧樹(shù)脂為液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂與固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的混合物，二者質(zhì)量比為1:2。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述漂珠的粒徑大小為80-100nm，其密度為0.402g/cm3。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述麥飯石粉的粒徑大小為2000目。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述偶聯(lián)劑為烷基聚氧乙烯醚羧酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑KH550、硅烷偶聯(lián)劑KH560中的一種或多種混合。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述固化劑為3-苯基-1,1-二甲基脲、聚苯并咪唑、聚丙烯酸酯中的一種或多種混合。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述促進(jìn)劑為BDMA、CT-152X、DBU中的一種或多種混合。
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲1-2h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，100-120℃下超聲30-60min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲1-2h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化12-24h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
本發(fā)明具有以下有益效果：
漂珠具有顆粒細(xì)、中空、質(zhì)輕、高強(qiáng)度、耐磨、耐高溫、保溫絕緣、絕緣阻燃等多種特性；麥飯石粉具有多孔狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的吸附能力，兩者表面由于比表面積小，具有很多活性吸附點(diǎn)和活性基團(tuán)，可以通過(guò)偶聯(lián)劑，穩(wěn)定分散于碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中，當(dāng)有外力存在時(shí)，其多孔結(jié)構(gòu)可以有效吸附能量，從而減少裂紋擴(kuò)展，達(dá)到增大材料韌性的目的；
該復(fù)合材料分散性好，力學(xué)性能優(yōu)異，原料價(jià)格低廉，無(wú)毒，制備方法簡(jiǎn)單，易于操作，制備成本低，制備過(guò)程中無(wú)有毒物質(zhì)釋放，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。
具體實(shí)施方式：
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實(shí)施例1
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維1份，環(huán)氧樹(shù)脂30份，
漂珠2份，明膠3份，
麥飯石粉2份，偶聯(lián)劑1.5份，
固化劑2份，促進(jìn)劑1份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲1h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，100℃下超聲30min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲1h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化12h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
實(shí)施例2
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維3份，環(huán)氧樹(shù)脂50份，
漂珠5份，明膠8份，
麥飯石粉3份，偶聯(lián)劑3份，
固化劑5份，促進(jìn)劑2份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲2h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，120℃下超聲60min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲2h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化24h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
實(shí)施例3
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維1.5份，環(huán)氧樹(shù)脂35份，
漂珠3份，明膠4份，
麥飯石粉2.2份，偶聯(lián)劑1.8份，
固化劑3份，促進(jìn)劑1.2份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲1.2h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，105℃下超聲40min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲1.2h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化16h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
實(shí)施例4
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維2份，環(huán)氧樹(shù)脂40份，
漂珠3.5份，明膠5份，
麥飯石粉2.6份，偶聯(lián)劑2份，
固化劑3.5份，促進(jìn)劑1.4份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲1.4h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，110℃下超聲45min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲1.4h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化18h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
實(shí)施例5
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維2.5份，環(huán)氧樹(shù)脂45份，
漂珠4份，明膠6份，
麥飯石粉2.8份，偶聯(lián)劑2.5份，
固化劑4份，促進(jìn)劑1.6份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲1.6h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，115℃下超聲50min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲1.6h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化20h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
實(shí)施例6
一種自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
碳纖維3份，環(huán)氧樹(shù)脂50份，
漂珠4.5份，明膠7份，
麥飯石粉2.8份，偶聯(lián)劑3份，
固化劑4.5份，促進(jìn)劑1.8份。
其制備方法包括以下步驟：
(1)將碳纖維、偶聯(lián)劑、漂珠、麥飯石粉和無(wú)水乙醇混合攪拌均勻，800W功率下超聲1.8h，除去溶劑，和液態(tài)雙酚A型酚醛樹(shù)脂混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至高壓釜中，120℃下超聲55min，得到混合物A；
(2)將固態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和明膠混合均勻，加入步驟(1)得到的混合物A，超聲1.8h，加入固化劑、促進(jìn)劑，攪拌混合均勻，經(jīng)抽真空排除氣泡后，將混合物澆注于成型模具中，室溫固化22h，得到自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
下面對(duì)本發(fā)明提供的復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示，其中對(duì)比例為普通碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料。
表1
從表1來(lái)看，本發(fā)明提供的自行車(chē)用碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，力學(xué)性能好，韌性大，抗沖擊性能優(yōu)異。