本發(fā)明涉及復合材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性瀝青增韌的碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料具有優(yōu)異的機械性能，被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。由于碳纖維自身存在浸潤性差等原因，在制備復合材料前應(yīng)該進行表面處理。然而，環(huán)氧基體自身的性能不高以及碳纖維與環(huán)氧基體之間弱的界面結(jié)合限制著該復合材料的整體性能；對于層狀的碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料，還存在著層間性能較差的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種改性瀝青增韌的碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，依照該工藝制備的復合材料具有良好的韌性和彎曲強度。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種改性瀝青增韌的碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進行：
a.碳纖維清洗脫膠、液相氧化與硅烷偶聯(lián)劑復合改性工藝：
向1-2重量份碳纖維中1:5-10加入丙酮，超聲處理1-2h后，1:5-10加入濃硝酸，在60-70℃恒溫水浴5-6h，用蒸餾水清洗至ph為中性；
向0.1-0.2重量份硅烷偶聯(lián)劑kh550中1:10-20加入乙醇，混合均勻，加入上述水洗后的碳纖維，超聲振蕩攪拌、充分混勻，靜置過夜，放入100-115℃烘箱中干燥3-4h；
b.碳納米管改性碳纖維及冷凍干燥工藝：
向0.5-1重量份羥基化碳納米管、0.5-1重量份聚乙烯吡咯烷酮中加入去離子水，磁力攪拌1-2h、超聲振蕩1-2h混合均勻，得質(zhì)量分數(shù)為0.5-1%的羥基化碳納米管水溶液；
將上述水溶液通過真空浸漬的方法引入到a中所得碳纖維中，在零下15-20℃冷柜中冷凍5-6h后，在冷凍干燥機上冷凍干燥至真空度低于17-20pa，然后在氬氣氣氛中于450-550℃熱處理40-50min，得到碳纖維/碳納米管預(yù)制體；
c.向3-5重量份瀝青中加入0.1-0.2重量份馬來酸酐，攪拌下升溫至140-150℃充分反應(yīng)2-3h，移入160-170℃的油浴鍋中，加入0.5-1重量份填料磷石膏晶須，用高剪切分散乳化機攪拌20-30min，得改性瀝青；
d.復合材料的制備：
將80-90重量份環(huán)氧樹脂在80-95℃下加熱，加入b、c中所得物料及30-40重量份固化劑，攪拌混合均勻，放入50-60℃真空干燥箱中抽真空30-40min，去除氣泡，澆注于模具中，放入140-150℃平板硫化機中加熱固化2-3h，降至室溫，脫模取樣。
其中，步驟a中所述濃硝酸質(zhì)量分數(shù)為65-68%。步驟c中所述攪拌速度為4000-5000rpm。步驟d中所述環(huán)氧樹脂為e51或e44，固化劑為聚酰胺樹脂651。
本發(fā)明的反應(yīng)機理及有益效果如下：
通過冷凍干燥技術(shù)，把碳納米管組裝成連續(xù)、多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將其引入到碳纖維增強的復合材料中，提高了復合材料的層間導電性能和彎曲強度；以馬來酸酐、磷石膏晶須為瀝青改性劑，馬來酸酐的酸酐基團接枝到瀝青分子上，在界面處發(fā)生物理咬合作用；將改性瀝青與環(huán)氧樹脂混合，接枝到瀝青上的酸酐基團與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng)，提高了兩者之間的相容性，增加了兩者界面的化學交聯(lián)作用，提高環(huán)氧樹脂的韌性。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
實施例
一種改性瀝青增韌的碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進行：
a.碳纖維清洗脫膠、液相氧化與硅烷偶聯(lián)劑復合改性工藝：
向2kg碳纖維中1:10加入丙酮，超聲處理1h后，1:5加入濃硝酸，在60-70℃恒溫水浴5h，用蒸餾水清洗至ph為中性；
向0.1kg硅烷偶聯(lián)劑kh550中1:10加入乙醇，混合均勻，加入上述水洗后的碳纖維，超聲振蕩攪拌、充分混勻，靜置過夜，放入100-115℃烘箱中干燥3h；
b.碳納米管改性碳纖維及冷凍干燥工藝：
向0.5kg羥基化碳納米管、0.5kg聚乙烯吡咯烷酮中加入去離子水，磁力攪拌1h、超聲振蕩1h混合均勻，得質(zhì)量分數(shù)為1%的羥基化碳納米管水溶液；
將上述水溶液通過真空浸漬的方法引入到a中所得碳纖維中，在零下15-20℃冷柜中冷凍5h后，在冷凍干燥機上冷凍干燥至真空度低于17-20pa，然后在氬氣氣氛中于450-550℃熱處理45min，得到碳纖維/碳納米管預(yù)制體；
c.向5kg瀝青中加入0.1kg馬來酸酐，攪拌下升溫至140-150℃充分反應(yīng)2h，移入160-170℃的油浴鍋中，加入0.5kg填料磷石膏晶須，用高剪切分散乳化機攪拌25min，得改性瀝青；
d.復合材料的制備：
將80kg環(huán)氧樹脂在80-95℃下加熱，加入b、c中所得物料及30kg固化劑，攪拌混合均勻，放入50-60℃真空干燥箱中抽真空35min，去除氣泡，澆注于模具中，放入140-150℃平板硫化機中加熱固化2h，降至室溫，脫模取樣。
其中，步驟a中所述濃硝酸質(zhì)量分數(shù)為65%。步驟c中所述攪拌速度為4500rpm。步驟d中所述環(huán)氧樹脂為e51或e44，固化劑為聚酰胺樹脂651。