038] 在碳纖維中，單向布如美國(guó)赫氏公司生產(chǎn)的HM-T7200U ;多軸向布如國(guó)產(chǎn)光威公 司生產(chǎn)的KWC-600 ;平紋布如日本東麗公司生產(chǎn)的P-380C-1000A-F0E ;斜紋布如國(guó)產(chǎn)恒神 公司生產(chǎn)的HFW300B-01-1270及日本東麗公司生產(chǎn)的C06343B ;緞紋布如國(guó)產(chǎn)中簡(jiǎn)科技公 司生產(chǎn)的ZJT700-3K及日本東麗公司生產(chǎn)的C06645B。
[0039] 本發(fā)明的方法包括對(duì)碳纖維的氧化處理、配置偶聯(lián)劑溶液、改性碳纖維、烘燥、配 制改性環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂、制備碳纖維復(fù)合材料，對(duì)碳纖維的氧化處理使用到高溫箱式爐， 烘燥使用到干燥箱，制備碳纖維復(fù)合材料使用的真空輔助樹(shù)脂注射成型工藝、模壓成型工 藝、樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝均為常規(guī)技術(shù)。
[0040] 對(duì)氧化處理后的碳纖維能夠除去碳纖維表面的原有漿層，使碳纖維的表面產(chǎn)生如 羥基活性基團(tuán)或是羧基活性基團(tuán)；
[0041] γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷屬于硅烷偶聯(lián)劑，其中：KH-560由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)， A-187由美國(guó)聯(lián)碳公司生產(chǎn)，Z-6040由美國(guó)道康寧公司生產(chǎn)，KBM-403由日本信越公司生 產(chǎn)。當(dāng)偶聯(lián)劑采用γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷時(shí)，需對(duì)γ-縮水甘油醚氧丙基三 甲氧基硅烷進(jìn)行水解，為控制γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的水解速度，按質(zhì)量比 將水：乙醇=1:9進(jìn)行勾兌后加入γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中配制出γ-縮水 甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液，所述γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液的質(zhì)量濃 度控制在0. 1~2wt%，其中γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的硅氧基經(jīng)水解后能夠 產(chǎn)生硅羥基。將氧化處理的碳纖維浸入所述γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液中浸 漬15min，之后取出鋪平晾置風(fēng)干得到改性碳纖維，所述硅羥基能與碳纖維表面產(chǎn)生的羥基 活性基團(tuán)發(fā)生脫水反應(yīng)并進(jìn)行化學(xué)鍵接。經(jīng)所述γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液 浸漬的改性碳纖維需在ll〇°C下烘燥lh。
[0042] 鈦酸酯偶聯(lián)劑中的NDZ-105由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，KR-TTS由美國(guó)Kenrich公司生產(chǎn)。當(dāng)偶 聯(lián)劑采用鈦酸酯偶聯(lián)劑時(shí)，加入乙醇配制出鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液的 質(zhì)量濃度控制在〇. 1~〇. 5wt%。將氧化處理的碳纖維浸入所述鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液中浸漬 15min，之后取出鋪平晾置風(fēng)干得到改性碳纖維，所述短鏈硅氧烷基能與碳纖維表面氧化得 到的羥基發(fā)生反應(yīng)并以化學(xué)鍵結(jié)合在碳纖維表面。經(jīng)所述鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液浸漬的改性碳 纖維需在120°C下烘燥lh。Y是鈦酸酯較長(zhǎng)鏈末端，最普遍的是氫原子，可以是雙鍵、氨基、 環(huán)氧基、幾基、羥基、硫基。
[0043] 所用乙醇為無(wú)水乙醇，其純度是分析純。
[0044] γ-(甲基丙烯酰氧基）丙基三甲基硅烷也是偶聯(lián)劑，該γ-(甲基丙烯酰氧基）丙 基三甲基硅烷的分子式是CH2= C(CH3)COOC3H6Si (OCH3)3。本發(fā)明使用的430和430LV由荷 蘭帝斯曼生產(chǎn)，411由美國(guó)陶氏生產(chǎn)，806由日本昭和生產(chǎn)，922由美國(guó)亞什蘭生產(chǎn)，901由臺(tái) 灣上煒生產(chǎn)，854由上海富晨生產(chǎn)，Butanox M-50氧化甲乙酮由天津阿克蘇諾貝爾生產(chǎn)，E4 異辛酸鈷由常州天馬集團(tuán)生產(chǎn)。
[0045] 在制備碳纖維復(fù)合材料過(guò)程中，鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液中的所述長(zhǎng)碳鍵烷羥基能與環(huán) 氧乙烯基酯樹(shù)脂的分子長(zhǎng)鏈進(jìn)行彎曲纏結(jié)，使改性碳纖維和環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂的相容性得 到改善，既提高了環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂基體本身的內(nèi)聚強(qiáng)度，也改善了環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂與 改性碳纖維的粘接力，因此對(duì)制備出的碳纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都具有很大 的提尚。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，列表舉出如下三個(gè)實(shí)施例，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種經(jīng)界面改性制備碳纖維復(fù)合材料的方法，碳纖維或是單向布、或是多軸向布，或 是平紋布，或是斜紋布，或是緞紋布；該方法包括對(duì)碳纖維的氧化處理、配置偶聯(lián)劑溶液、改 性碳纖維、烘燥、配置改性環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂、制備碳纖維復(fù)合材料，對(duì)碳纖維的氧化處理 使用到高溫箱式爐，烘燥使用到干燥箱，制備碳纖維復(fù)合材料使用到真空輔助樹(shù)脂注射成 型工藝、模壓成型工藝或是樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝，其特征是： 一、對(duì)碳纖維的氧化處理： 將碳纖維放入高溫箱式爐中并在氧化氣氛下進(jìn)行氧化處理，氧化氣氛或?yàn)榭諝猓驗(yàn)?氮?dú)?，或?yàn)槌粞?，或?yàn)槎趸?，高溫箱式爐的爐溫控制在400°C，氧化處理的時(shí)間控制在 Imin ~Ih ; 二、 配置偶聯(lián)劑溶液： 偶聯(lián)劑或采用Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，或采用鈦酸酯偶聯(lián)劑；Y -縮水甘 油醚氧丙基三甲氧基硅烷的分子式是CH2-CH (O) CH2-O (CH2) 3Si (OCH3) 3, y -縮水甘油醚氧丙 基三甲氧基硅烷或?yàn)镵H-560，或?yàn)锳-187，或?yàn)閆-6040，或?yàn)镵BM-403 ;鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子 通式是R〇+n)Ti (0X-R'Y)n，其中RO是可水解的短鏈硅氧烷基，OX是較長(zhǎng)鏈的酰氧基或烷氧 基，R'是長(zhǎng)碳鍵烷羥基，Y是鈦酸酯較長(zhǎng)鏈末端，n = 1，2, 3 ;鈦酸酯偶聯(lián)劑或?yàn)镹DZ-105,或 為 KR-ITS ; 2. 1當(dāng)偶聯(lián)劑采用Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷時(shí)，需對(duì)Y-縮水甘油醚氧丙基 三甲氧基硅烷進(jìn)行水解，為控制Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的水解速度，按質(zhì)量 比將水：乙醇=1:9進(jìn)行勾兌后加入Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中配制出y-縮 水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液，所述Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液的質(zhì)量 濃度控制在〇. 1~2wt% ; 2. 2當(dāng)偶聯(lián)劑采用鈦酸酯偶聯(lián)劑時(shí)，加入乙醇配制出鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液，所述鈦酸酯偶 聯(lián)劑溶液的質(zhì)量濃度控制在〇. 1~〇. 5wt % ; 上述乙醇為無(wú)水乙醇，其純度是分析純； 三、 改性碳纖維： 或?qū)⒀趸幚淼奶祭w維浸入所述Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶液中浸漬 15min，之后取出鋪平晾置風(fēng)干得到改性碳纖維； 或?qū)⒀趸幚淼奶祭w維浸入所述鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液中浸漬15min，之后取出鋪平晾置 風(fēng)干得到改性碳纖維； 四、 烘燥： 將改性碳纖維放入干燥箱中進(jìn)行烘燥，經(jīng)所述Y_縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶 液浸漬的改性碳纖維需在ll〇°C下烘燥lh，經(jīng)所述鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液浸漬的改性碳纖維需 在120°C下烘燥Ih ; 五、 配制改性環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂： 按質(zhì)量比將環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂：Y-(甲基丙烯酰氧基）丙基三甲基硅烷：過(guò)氧化甲乙 酮：異辛酸鈷=100 : 5~1} :2: {0. 5~4}進(jìn)行勾兌均勾配制出環(huán)氧乙烯基醋樹(shù)脂； 上述環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂或是430,或是430LV，或是411，或是806,或是922,或是901， 或是854 ; 上述y-(甲基丙烯酰氧基）丙基三甲基硅烷的分子式是CH2= C(CH 3) COOC3H6Si(OCH3)3; 上述過(guò)氧化甲乙酮的分子式是C8H18O6，過(guò)氧化甲乙酮的牌號(hào)是Butanox M-50 ; 上述異辛酸鈷的分子式是C16H3tlCoO14，異辛酸鈷的牌號(hào)是E4 ; 六、制備碳纖維復(fù)合材料： 將烘燥后的改性碳纖維與所述環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂溶液通過(guò)真空輔助樹(shù)脂注射成型工 藝，或是模壓成型工藝，或是樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝，即可制備出碳纖維復(fù)合材料。
【專利摘要】一種經(jīng)界面改性制備碳纖維復(fù)合材料的方法，界面改性即對(duì)碳纖維進(jìn)行改性又對(duì)環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂進(jìn)行改性，并在碳纖維表面引入與環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂基體相匹配的官能團(tuán)，可以提高與環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂的相容性和親和性，提高改性碳纖維與環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂界面的結(jié)合強(qiáng)度，本發(fā)明的方法包括對(duì)碳纖維的氧化處理、配置偶聯(lián)劑溶液、改性碳纖維、烘燥、配置改性環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂、制備碳纖維復(fù)合材料，該方法的工藝簡(jiǎn)便，成本低廉，碳纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度可以達(dá)到861.0MPa，彎曲模量可以達(dá)到67.3GPa，層間剪切強(qiáng)度可以達(dá)到68.4MPa，效果非常顯著，具有環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C08L63-10, D06M13-50, D06M13-507, D06M11-32, D06M101-40, C08J5-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104877150
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510245873
【發(fā)明人】楊瑞瑞, 陶紅波, 吳醫(yī)博, 康逢輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月14日