專利名稱：一種用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料樹(shù)脂基體改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種通過(guò)在 環(huán)氧樹(shù)脂中摻入少量碳納米管以提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的 方法。
背景技術(shù)：
隨著航空航天和現(xiàn)代武器裝備的不斷發(fā)展，對(duì)所用材料提出了更高的 要求。例如在設(shè)計(jì)導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、飛機(jī)的承載構(gòu)件時(shí)，越來(lái)越需要比強(qiáng) 度和比模量高的材料，于是輕質(zhì)、高強(qiáng)的先進(jìn)樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料在高 科技領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)中占有越來(lái)越重要的位置。這種樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材 料通常由增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂基體組成，其性能主要取決于纖維的力學(xué)性能、 基體的性能以及纖維與基體之間的界面。然而未經(jīng)處理的樹(shù)脂基碳纖維復(fù) 合材料抗沖擊性能較差，因此使用范圍受到很大的限制。
影響樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的因素很多，相應(yīng)的改進(jìn)措施 也很多。主要方法包括橡膠增韌、樹(shù)脂改性、添加剛性無(wú)機(jī)顆粒、纖維混 雜和采用織物增強(qiáng)體等。但上述這些方法均不同程度地存在提高了抗沖擊 性能的同時(shí)降低了其它力學(xué)性能的缺點(diǎn)，比如抗彎曲性能、抗拉伸和抗壓 縮性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在保持材料其它 力學(xué)性能不變的情況下大幅度提高抗沖擊性能的方法，用于提高樹(shù)脂基碳 纖維復(fù)合材料抗沖擊性能。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗 沖擊性能的方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟1) 將碳納米管和丙酮以0.1 — 10mg: lml的比例混合均勻，然后對(duì)上 述混合物進(jìn)行超聲振蕩處理，之后靜置2小時(shí)；
2) 將上述含有碳納米管的丙酮溶液與環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，其中碳納米 管與環(huán)氧樹(shù)脂的重量比為0.5 — 10:100，然后按照上述超聲振蕩方法進(jìn)行 處理，同時(shí)輔以機(jī)械攪拌，待上述混合物顏色變?yōu)楹谏珪r(shí)停止攪拌和超聲 振蕩5
3) 在60。C的溫度下真空除去上述經(jīng)過(guò)攪拌和超聲振蕩的混合物中的丙 酮溶劑，以獲得含有碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂；
4) 將上述含有碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑以10: 7的重量比混合均 勻，然后采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)成型方法在60。C的溫度下 利用上述加有固化劑和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)碳纖維織物進(jìn)行浸潤(rùn)，然后 在15(TC的溫度下固化3個(gè)小時(shí)，所制備出的含碳納米管的樹(shù)脂基碳纖維復(fù) 合材料中碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50% 65%。
所述的步驟1)中的振蕩功率為100 600瓦，處理溫度為0°C，振蕩 時(shí)間為1 2小時(shí)。
所述的固化劑為四氫鄰苯二甲酸酐。
本發(fā)明提供的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的方法是利 用碳納米管優(yōu)異的力學(xué)性能來(lái)阻止樹(shù)脂基體的分層和裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)利 用碳納米管作為增強(qiáng)體，由此可使樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料在不降低其它力 學(xué)性能的情況下顯著提高抗沖擊性能，實(shí)驗(yàn)證明利用本發(fā)明方法對(duì)樹(shù)脂基 碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行處理后該復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度比未摻入碳納米管的 復(fù)合材料提高了 20%左右。另外，該方法還具有操作方便，因此便于規(guī)模 化處理等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料 抗沖擊性能的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例l :
將1 g碳納米管與500ml丙酮置于燒杯中，然后將燒杯置于冰水中進(jìn)行 超聲振蕩處理，振蕩功率為200瓦，振蕩時(shí)間為2小時(shí)，每隔20分鐘加一 次冰塊，振蕩完畢后靜置2小時(shí)。將上述含有碳納米管的丙酮溶液與200g 環(huán)氧樹(shù)脂混合，在進(jìn)行超聲振蕩的同時(shí)并輔以機(jī)械攪拌，振蕩方法同前， 當(dāng)超聲振蕩和攪拌進(jìn)行約1個(gè)小時(shí)后混合物己變?yōu)楹谏Ｖ箶嚢韬统?振蕩。將含有丙酮和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂置于6(TC的真空烘箱中以將丙酮 溶劑去除，然后加入140g作為固化劑的四氫鄰苯二甲酸酐并混合均勻后， 之后采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)成型方法在6(TC的溫度下利用 上述加有固化劑和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)碳纖維織物進(jìn)行浸潤(rùn)，最后在150 "C的溫度下固化3個(gè)小時(shí)，所制備出的含碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù) 合材料中碳纖維的質(zhì)量含量為65%，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度比未摻入碳納 米管的復(fù)合材料提高了23%。
實(shí)施例2 :
將3 g碳納米管與500ml丙酮置于燒杯中，然后將燒杯置于冰水中進(jìn)行 超聲振蕩處理，振蕩功率為300瓦，振蕩時(shí)間為2小時(shí)，每隔20分鐘加一 次冰塊，振蕩完畢后靜置2小時(shí)。將上述含有碳納米管的丙酮溶液與200g 環(huán)氧樹(shù)脂混合，在進(jìn)行超聲振蕩的同時(shí)并輔以機(jī)械攪拌，振蕩方法同前， 當(dāng)超聲振蕩和攪拌進(jìn)行約1個(gè)小時(shí)后混合物已變?yōu)楹谏?，停止攪拌和超?振蕩。將含有丙酮和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂置于6(TC的真空烘箱中以將丙酮 溶劑去除，然后加入140g作為固化劑的四氫鄰苯二甲酸酐并混合均勻后， 之后采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)成型方法在6(TC的溫度下利用上述加有固化劑和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)碳纖維織物進(jìn)行浸潤(rùn)，最后在150 'C的溫度下固化3個(gè)小時(shí)，所制備出的含碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù) 合材料中碳纖維的質(zhì)量含量為60%，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度比未摻入碳納 米管的復(fù)合材料提高了 16%。 實(shí)施例3 :
將2 g碳納米管與500ml丙酮置于燒杯中，然后將燒杯置于冰水中進(jìn)行 超聲振蕩處理，振蕩功率為150瓦，振蕩時(shí)間為2小時(shí)，每隔20分鐘加一 次冰塊，振蕩完畢后靜置2小時(shí)。將上述含有碳納米管的丙酮溶液與200 g 環(huán)氧樹(shù)脂混合，在進(jìn)行超聲振蕩的同時(shí)并輔以機(jī)械攪拌，振蕩方法同前， 當(dāng)超聲振蕩和攪拌進(jìn)行約1個(gè)小時(shí)后混合物已變?yōu)楹谏?，停止攪拌和超?振蕩。將含有丙酮和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂置于6(TC的真空烘箱中以將丙酮 溶劑去除，然后加入140g作為固化劑的四氫鄰苯二甲酸酐并混合均勻后， 之后采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)成型方法在6(TC的溫度下利用 上述加有固化劑和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)碳纖維織物進(jìn)行浸潤(rùn)，最后在150 。C的溫度下固化3個(gè)小時(shí)，所制備出的含碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù) 合材料中碳纖維的質(zhì)量含量為63%，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度比未慘入碳納 米管的復(fù)合材料提高了 18%。
權(quán)利要求
1、一種用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的方法，其特征在于所述的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟1)將碳納米管和丙酮以0.1-10mg∶1ml的比例混合均勻，然后對(duì)上述混合物進(jìn)行超聲振蕩處理，之后靜置2小時(shí)；2)將上述含有碳納米管的丙酮溶液與環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，其中碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂的重量比為0.5-10∶100，然后按照上述超聲振蕩方法進(jìn)行處理，同時(shí)輔以機(jī)械攪拌，待上述混合物顏色變?yōu)楹谏珪r(shí)停止攪拌和超聲振蕩；3)在60℃的溫度下真空除去上述經(jīng)過(guò)攪拌和超聲振蕩的混合物中的丙酮溶劑，以獲得含有碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂；4)將上述含有碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑以10∶7的重量比混合均勻，然后采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑成型方法在60℃的溫度下利用上述加有固化劑和碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)碳纖維織物進(jìn)行浸潤(rùn)，然后在150℃的溫度下固化3個(gè)小時(shí)，所制備出的含碳納米管樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料中碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％～65％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能 的方法，其特征在于所述的步驟O中的振蕩功率為100 600瓦，處理 溫度為0°C，振蕩時(shí)間為1 2小時(shí)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能 的方法，其特征在于所述的固化劑為四氫鄰苯二甲酸酐。
全文摘要
一種用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的方法。其是將少量碳納米管分散于環(huán)氧樹(shù)脂體系中，然后將含有碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂體系與碳纖維織物復(fù)合成型。本發(fā)明提供的用于提高樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料抗沖擊性能的方法是利用碳納米管優(yōu)異的力學(xué)性能來(lái)阻止樹(shù)脂基體的分層和裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)利用碳納米管作為增強(qiáng)體，由此可使樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料在不降低其它力學(xué)性能的情況下顯著提高抗沖擊性能，實(shí)驗(yàn)證明利用本發(fā)明方法對(duì)樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行處理后該復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度比未摻入碳納米管的復(fù)合材料提高了20％左右。另外，該方法還具有操作方便，因此便于規(guī)?；幚淼葍?yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)D06M15/55GK101613944SQ20091006967
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者劉梁森, 吳曉青, 徐志偉, 焦亞男 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)