技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體的涉及一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
：：環(huán)氧樹脂是一類重要的熱固性塑料，廣泛用于黏合劑，涂料等用途。又稱作人工樹脂、人造樹脂、樹脂膠等。人造樹脂是熱固性環(huán)氧化物聚合物。大多數(shù)人造樹脂由氯環(huán)氧丙烷和雙酚a(酚甲烷)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而成。凡分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，它對(duì)金屬和非金屬材料的表面具有優(yōu)異的粘接強(qiáng)度，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對(duì)堿及大部分溶劑穩(wěn)定，因而廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟(jì)各部門，作澆注、浸漬、層壓料、粘接劑、涂料等用途。但是其不增韌時(shí)，抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差，且對(duì)極性小的材料粘結(jié)力小。碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維"外柔內(nèi)剛"，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。但是由于其自身存在浸潤性差等原因，在制備復(fù)合材料時(shí)應(yīng)進(jìn)行表面處理。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性好，抗沖擊性能、抗開裂性能優(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：一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維5-10份，環(huán)氧樹脂30-50份，聚碳酸丁二酯3-8份，聚乙烯醇10-20份，聚醋酸乙烯2-5份，羥丙基纖維素5-10份，羥乙基纖維素8-12份，魔芋膠2-5份，殼寡糖3-10份，硅烷偶聯(lián)劑2-3份，固化劑3-6份，加工助劑1-3份。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維5-10份，環(huán)氧樹脂30-50份，聚碳酸丁二酯3-8份，聚乙烯醇10-20份，聚醋酸乙烯2-5份，羥丙基纖維素5-10份，羥乙基纖維素8-12份，魔芋膠2-5份，殼寡糖3-10份，硅烷偶聯(lián)劑2-3份，固化劑3-6份，加工助劑1-3份。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述碳纖維的長度為1-2μm，其含碳量≥95％，孔隙率為＜0.9％。碳纖維的長度對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能有一定的影響，碳纖維長度過短，碳纖維的有效增強(qiáng)效果區(qū)域較小，可能在環(huán)氧樹脂基體中形成增強(qiáng)盲區(qū)，則起不到增強(qiáng)的作用；碳纖維長度過長，碳纖維的均勻分散比較困難，較長的碳纖維在混合時(shí)容易團(tuán)聚，則對(duì)加工工藝產(chǎn)生不利的影響，容易引起碳纖維間的纏繞。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述環(huán)氧樹脂對(duì)的環(huán)氧值為0.5-0.52eq/100g，無機(jī)氯值＜1×10-3eq/100g。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硅烷偶聯(lián)劑為kh550、kh560、kh570的混合物，三者體積比為1:1:2。偶聯(lián)劑為雙官能團(tuán)分子，偶聯(lián)劑分子水解后，分子的一端可以與碳纖維表面的活性基團(tuán)，如-oh、cooh等發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵，分子另一端的官能團(tuán)可以與樹脂基體發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵，從而將碳纖維與環(huán)氧樹脂基體間有機(jī)的結(jié)合起來，達(dá)到提高界面強(qiáng)度的目的。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述固化劑為聚酰胺樹脂，其固含量＞95％，40℃粘度為5000-8000mpa·s。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述加工助劑為硬脂酸鋅、環(huán)氧大豆油、硬脂酸、硬脂酸鈣、二亞乙基三胺、甘油中的一種或多種混合。一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在500-1000w的功率下，超聲2-5h，過濾，80-100℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲2-3h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60-70℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前5-10min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中150-180℃熱固化2-5h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中，所述超聲的功率為800w，所述超聲的時(shí)間為3h。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中，碳纖維和無水乙醇的質(zhì)量比為1:5-10。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用碳纖維對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行增強(qiáng)，添加魔芋膠、殼寡糖作為輔助增韌劑，得到的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性好，抗沖擊性能、抗開裂性能優(yōu)異；碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料無毒，生物可降解性好，制備方法簡單，工藝易于控制，成本低。具體實(shí)施方式：為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，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1一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維5份，環(huán)氧樹脂30份，聚碳酸丁二酯3份，聚乙烯醇10份，聚醋酸乙烯2份，羥丙基纖維素5份，羥乙基纖維素8份，魔芋膠2份，殼寡糖3份，硅烷偶聯(lián)劑2份，固化劑3份，加工助劑1份。其制備方法包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在500w的功率下，超聲2h，過濾，80℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲2h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前5min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中150℃熱固化2h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實(shí)施例2一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維10份，環(huán)氧樹脂50份，聚碳酸丁二酯8份，聚乙烯醇20份，聚醋酸乙烯5份，羥丙基纖維素10份，羥乙基纖維素12份，魔芋膠5份，殼寡糖10份，硅烷偶聯(lián)劑3份，固化劑6份，加工助劑3份。其制備方法包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在1000w的功率下，超聲5h，過濾，100℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲3h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在70℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前10min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中180℃熱固化5h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實(shí)施例3一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維6份，環(huán)氧樹脂35份，聚碳酸丁二酯4份，聚乙烯醇12份，聚醋酸乙烯3份，羥丙基纖維素6份，羥乙基纖維素9份，魔芋膠3份，殼寡糖4份，硅烷偶聯(lián)劑2.2份，固化劑4份，加工助劑1.5份。其制備方法包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在600w的功率下，超聲3h，過濾，85℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲2.2h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在62℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前6min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中160℃熱固化3h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實(shí)施例4一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維7份，環(huán)氧樹脂40份，聚碳酸丁二酯5份，聚乙烯醇14份，聚醋酸乙烯3.5份，羥丙基纖維素7份，羥乙基纖維素10份，魔芋膠3.5份，殼寡糖5份，硅烷偶聯(lián)劑2.4份，固化劑4.5份，加工助劑2份。其制備方法包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在700w的功率下，超聲3.5h，過濾，90℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲2.4h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在64℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前7min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中165℃熱固化4h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實(shí)施例5一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維8份，環(huán)氧樹脂45份，聚碳酸丁二酯6份，聚乙烯醇16份，聚醋酸乙烯4份，羥丙基纖維素8份，羥乙基纖維素10份，魔芋膠4份，殼寡糖8份，硅烷偶聯(lián)劑2.6份，固化劑5份，加工助劑2.5份。其制備方法包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在800w的功率下，超聲4h，過濾，95℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲2.6h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在66℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前8min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中170℃熱固化4.5h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實(shí)施例6一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：碳纖維9份，環(huán)氧樹脂48份，聚碳酸丁二酯7份，聚乙烯醇18份，聚醋酸乙烯4.5份，羥丙基纖維素9份，羥乙基纖維素11份，魔芋膠4.5份，殼寡糖9份，硅烷偶聯(lián)劑2.8份，固化劑5.5份，加工助劑2.5份。其制備方法包括以下步驟：(1)將碳纖維和無水乙醇混合攪拌均勻，加入硅烷偶聯(lián)劑，在900w的功率下，超聲4.5h，過濾，98℃下，真空干燥，得到改性碳纖維；(2)將改性碳纖維、聚碳酸丁二酯、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯和乙酸乙酯，混合，超聲分散，得到懸浮液；(3)向步驟(2)得到的懸浮液中加入環(huán)氧樹脂、魔芋膠、殼寡糖，繼續(xù)攪拌，超聲2.8h，后由旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在68℃下，攪拌蒸發(fā)溶劑，在溶劑蒸發(fā)結(jié)束前9min，加入固化劑和加工助劑，攪拌混合均勻，在真空干燥箱中抽真空除氣，然后轉(zhuǎn)入不銹鋼模具中，放入平板硫化機(jī)中177℃熱固化5h，得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。下面對(duì)本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行性能測試。(1)拉伸強(qiáng)度用萬能試驗(yàn)機(jī)wsn-5k測定，常規(guī)試驗(yàn)速度為2-10mm/min，按照gb/t1040.2-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。(2)抗沖擊強(qiáng)度用記憶式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)jj-20測定，按照gb/t1843-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。測試結(jié)果如表1所示：表1實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6拉伸強(qiáng)度，mpa31.632.131.530.932.231.8抗沖擊強(qiáng)度，kj/m26.16.26.15.86.06.3從表1來看，本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，力學(xué)性能優(yōu)異。當(dāng)前第1頁12