短切碳纖維層間增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體說是一種短切碳纖維層間增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，碳纖維復(fù)合材料的回收和再利用已成 為我國乃至全世界所面臨的緊迫問題。碳纖維復(fù)合材料回收后會(huì)得到短切碳纖維，探討回 收短切碳纖維的再利用新途徑是目前碳纖維復(fù)合材料的回收和再利用研宄的重要方向。天 然纖維因其力學(xué)性能并不高，在結(jié)構(gòu)和半結(jié)構(gòu)復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。使用短切碳 纖維與纖維素納米纖維進(jìn)行協(xié)同增強(qiáng)天然纖維復(fù)合材料既能夠?qū)厥盏亩糖羞M(jìn)行再利用， 又可以增強(qiáng)增韌天然纖維復(fù)合材料，使其應(yīng)用更加廣泛。
[0003] Michaela Salajkova等人曾使用Tempo氧化-NFC對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行分散，制得 納米紙膜，并對(duì)其膜的力學(xué)性能和電學(xué)性能進(jìn)行了表征。但該種方法所得產(chǎn)品僅適用于電 池等能源方向，且使用較為昂貴的碳納米管作為原料。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有碳纖維復(fù)合材料的回收利用成本高、工藝復(fù)雜的技術(shù)問 題，提供一種成本較低且工藝簡單的短切碳纖維層間增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種短切碳纖維層間增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的制備方法，其包括 如下步驟：（1)將短切碳纖維、纖維素納米纖維、去離子水、水性環(huán)氧樹脂以（0. 1~ 3) : 1:200: (20~30)的質(zhì)量份數(shù)比混合，在800~1500r/min的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行機(jī)械攪拌10~ 30min，得到分散均勻的短切碳纖維水溶液；將短切碳纖維水溶液倒入模具中，然后放在 80~KKTC下的鼓風(fēng)烘箱內(nèi)烘干，得到層間增強(qiáng)用的短切碳纖維薄膜；（2)將步驟（1)中制 得的短切碳纖維薄膜置于二層天然纖維布或玻璃纖維布中間進(jìn)行鋪層，然后采用樹脂傳遞 模塑的方法，將纖維布放入密封的裝置中，利用真空泵將樹脂抽入裝置中，直至完全被樹脂 浸潤后，繼續(xù)抽真空直至氣泡完全脫除，得到無規(guī)短切碳纖維薄膜層間增強(qiáng)預(yù)浸纖維布；浸 膠用的樹脂體系為環(huán)氧樹脂體系、不飽和聚酯體系、酚醛樹脂體系的一種或幾種。（3)將步 驟（2)得到預(yù)浸纖維布進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)，采用模壓成型的方法，按照選用的環(huán)氧樹脂體系的 固化制度進(jìn)行固化成型，得到短切碳纖維層間增強(qiáng)纖維復(fù)合材料。
[0007] 優(yōu)選地，短切碳纖維為1~IOmm的T300、T700或T800碳纖維的一種或幾種。 [0008] 優(yōu)選地，水性環(huán)氧樹脂為雙酚A型水性環(huán)氧樹脂、雙酚F型水性環(huán)氧樹脂、雙酚S 型水性環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A型水性環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。
[0009] 優(yōu)選地，增強(qiáng)纖維為天然黃麻纖維、天然大麻纖維、天然苧麻纖維、天然亞麻纖維、 玻璃纖維中的一種或幾種。
[0010] 優(yōu)選地，樹脂體系為環(huán)氧樹脂體系、不飽和聚酯體系、酚醛樹脂體系的一種或幾 種。
[0011] 本發(fā)明目的旨在對(duì)回收的碳纖維進(jìn)行再利用，將之用于層間增強(qiáng)天然纖維復(fù)合材 料或者玻璃纖維復(fù)合材料，以改善其力學(xué)性能。本發(fā)明制備層間增強(qiáng)用短切碳纖維薄膜工 藝簡單，成本較低，其使用的短切碳纖維屬于回收再利用的原料，成膜方式采用熱干法成 膜，操作簡單，成型容易。將制備的短切碳纖維薄膜用于層間增強(qiáng)纖維復(fù)合材料，可使復(fù)合 材料的力學(xué)性能得到大幅度提升。
[0012] 此外，先采用樹脂傳遞模塑的方式進(jìn)行預(yù)浸膠，再利用模壓成型工藝對(duì)預(yù)浸膠的 纖維布進(jìn)行固化成型。這種方法不僅解決了天然纖維或者玻璃纖維本身與樹脂結(jié)合易產(chǎn)生 的氣泡不易脫除的問題，減少了纖維復(fù)合材料中的缺陷，而且保障復(fù)合材料中纖維含量的 準(zhǔn)確控制，有效地提高了復(fù)合材料的性能。測試表明，利用該工藝制得的復(fù)合材料的彎曲強(qiáng) 度、彎曲模量明顯提升。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例2的用于層間增強(qiáng)增韌的無規(guī)短切碳纖維薄膜SEM圖；
[0014] 圖2是為實(shí)施例2用于層間增強(qiáng)增韌的無規(guī)短切碳纖維薄膜實(shí)物圖；
[0015] 圖3為實(shí)施例3用于層間增強(qiáng)增韌的無規(guī)短切碳纖維薄膜實(shí)物圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1
[0017] 將短切碳纖維、纖維素納米纖維、去離子水、雙酚A型水性環(huán)氧樹脂以CF :NFC : H2O :WEP = 2:1:200:20的質(zhì)量比放入裝置中進(jìn)行機(jī)械攪拌，以lOOOr/min的轉(zhuǎn)速，反 應(yīng)15min，得到分散好的短切碳纖維水溶液；將短切碳纖維水溶液倒入模具中，然后放在 KKTC下的鼓風(fēng)烘箱內(nèi)烘干，得到層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄膜；將層間增強(qiáng)增韌短切碳纖 維薄膜，放入天然黃麻纖維布的鋪層中，可放置1層的層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄膜，然后 采用樹脂傳遞模塑的方法，使用環(huán)氧樹脂+胺類固化劑體系進(jìn)行預(yù)浸膠，得到預(yù)浸纖維布； 將得到預(yù)浸纖維布采用模壓成型的方法，按照選用的環(huán)氧樹脂+胺類固化劑體系進(jìn)行固化 成型，以90°C /lh+130°C /3h+180°C /2h的程序進(jìn)行固化成型，得到天然黃麻纖維層間增強(qiáng) 復(fù)合材料，測試彎曲性能。
[0018] 實(shí)施例2
[0019] 將短切碳纖維、纖維素納米纖維、去離子水、雙酚A型水性環(huán)氧樹脂以CF :NFC : H2O :WEP = 0. 1:1:200:0的質(zhì)量比放入裝置中進(jìn)行機(jī)械攪拌，以800r/min的轉(zhuǎn)速，反應(yīng) lOmin，得到分散好的短切碳纖維水溶液；將短切碳纖維水溶液倒入模具中，然后放在80°C 下的鼓風(fēng)烘箱內(nèi)烘干，得到層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄膜；將層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄 膜，放入天然黃麻纖維布的鋪層中，可放置1層的層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄膜，然后采用 樹脂傳遞模塑的方法，使用環(huán)氧樹脂+胺類固化劑體系進(jìn)行預(yù)浸膠，得到預(yù)浸纖維布；將 得到預(yù)浸纖維布采用模壓成型的方法，按照選用的環(huán)氧樹脂+胺類固化劑體系進(jìn)行固化成 型，以90°C /lh+130°C /3h+180°C /2h的程序進(jìn)行固化成型，得到天然黃麻纖維層間增強(qiáng)復(fù) 合材料，測試彎曲性能。
[0020] 實(shí)施例3
[0021] 將短切碳纖維、纖維素納米纖維、去離子水、雙酚A型水性環(huán)氧樹脂以CF :NFC : H2O :WEP = 3:1:200:30的質(zhì)量比放入裝置中進(jìn)行機(jī)械攪拌，以1500r/min的轉(zhuǎn)速，反 應(yīng)30min，得到分散好的短切碳纖維水溶液；將短切碳纖維水溶液倒入模具中，然后放在 KKTC下的鼓風(fēng)烘箱內(nèi)烘干，得到層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄膜；將層間增強(qiáng)增韌短切碳纖 維薄膜，放入天然黃麻纖維布的鋪層中，可放置1層的層間增強(qiáng)增韌短切碳纖維薄膜，然后 采用樹脂傳遞模塑的方法，使用環(huán)氧樹脂+胺類固化劑體系進(jìn)行預(yù)浸膠，得到預(yù)浸纖維布； 將得到預(yù)浸纖維布采用模壓成型的方法，按照選用的環(huán)氧樹脂+胺類固化劑體系進(jìn)行固化 成型，以90°C /lh+130°C /3h+180°C /2h的程序進(jìn)行固化成型，得到天然黃麻纖維層間增強(qiáng) 復(fù)合材料，測試彎曲性能。
[0022] 實(shí)施例4
[0023] 將4mm短切碳纖維、纖維素納米纖維、去離子水、雙酚S型水性環(huán)氧樹脂以CF : NFC :H20 :WEP =