一種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體的涉及一種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù) 合材料。
【背景技術(shù)】：
[0002] 碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料是碳纖維復(fù)合材料中的一個(gè)重要分支。碳纖維增強(qiáng)環(huán) 氧樹(shù)脂復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比模量、疲勞強(qiáng)度和耐高溫等優(yōu)異性能，它還具有密度 小、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕和抗蠕變性能優(yōu)異及整體性好、抗分層、抗沖擊等特點(diǎn)。在加工成 型過(guò)程中，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料具有易大面積整體成型等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。目前，碳纖 維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、自行車(chē)、汽車(chē)等領(lǐng)域。
[0003] 常用的碳纖維表面光滑，活性官能團(tuán)少，表面能低，呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性，與環(huán)氧樹(shù) 脂基體浸潤(rùn)性較差，復(fù)合材料界面粘合力較弱，因此，需要對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，提高其 與基體樹(shù)脂的粘結(jié)性，進(jìn)而提高復(fù)合材料的性能。但是該方法會(huì)使碳纖維受到不同程度的 損傷，造成復(fù)合材料抗沖擊性能明顯下降。而通用型的環(huán)氧樹(shù)脂固化后脆硬，抗沖擊性能和 耐熱性差。近年來(lái)，碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料改性以進(jìn)一步提高其綜合性能深受重視。
[0004] 木質(zhì)素纖維是天然木材經(jīng)過(guò)化學(xué)處理得到的有機(jī)纖維，外觀為棉絮狀，呈白色或 灰白色。通過(guò)篩選、分裂、高溫處理、漂白、化學(xué)處理、中和、篩分成不同長(zhǎng)度和粗細(xì)度的纖維 以適應(yīng)不同應(yīng)用材料的需要.由于處理溫度高達(dá)250°C以上，在通常條件下是化學(xué)上非常穩(wěn) 定的物質(zhì)，不為一般的溶劑、酸、堿腐蝕，具有無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、無(wú)放射性的優(yōu)良品質(zhì)，不 影響環(huán)境，對(duì)人體無(wú)害，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品，其纖維微觀結(jié)構(gòu)是帶狀彎曲的，凹凸不平的，多孔 的，交叉處是扁平的，有良好的韌性、分散性和化學(xué)穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，該材料具 有高的比強(qiáng)度、比模量、疲勞強(qiáng)度和耐高溫等優(yōu)異性能，耐裂紋性能和斷裂韌性好，穩(wěn)定性 好，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、自行車(chē)等領(lǐng)域。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該材料的制備方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0009] 雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂50-80份，
[0010] 木質(zhì)素纖維2-8份，碳纖維5-10份，
[0011 ]粘膠纖維3-6份，羧甲基纖維素鈉2-5份，
[0012] 羥乙基纖維素1-3份，桐油5-10份，
[0013] 二甲基硅油5-10份，硬脂酸甘油酯5-15份，
[0014]聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯5-10份，
[0015] 固化劑3-6份，活性稀釋劑3-8份。
[0016] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，一種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重 量份計(jì)，包括以下組分：
[0017] 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂60份，
[0018] 木質(zhì)素纖維8份，碳纖維10份，
[0019] 粘膠纖維5份，羧甲基纖維素鈉5份，
[0020] 羥乙基纖維素2份，桐油10份，
[0021]二甲基硅油8份，硬脂酸甘油酯12份，
[0022]聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯10份，
[0023]固化劑4份，活性稀釋劑5份。
[0024]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A二縮水甘油醚、單分子 雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或兩種混合。
[0025]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述木質(zhì)素纖維的長(zhǎng)度為5-10μηι，其灰分含量為< 2%〇
[0026] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維、酚醛 基碳纖維中的一種或多種混合，其直徑為50-100nm，長(zhǎng)度為0.5-1μπι。
[0027] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述粘膠纖維的干態(tài)強(qiáng)度>30.0 cN/dtex，其密度為 1·50-1·52g/cm3〇
[0028] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述固化劑為有機(jī)硅交聯(lián)劑XR-500、改性淀粉、2，4-二 苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或多種混合。
[0029] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述活性稀釋劑的分子量小于1500,端基為二甲基甲 氧基甲硅烷基或二甲基乙氧基甲硅烷基的聚氧化丙烯醚。
[0030] -種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0031] (1)將木質(zhì)素纖維、碳纖維、粘膠纖維、羧甲基纖維素鈉、二甲基硅油和硬脂酸甘油 酯混合攪拌均勻，升溫至40-50°C，超聲20-40min，得到混合填料；
[0032] (2)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、羥乙基纖維素、桐油和聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯，混 合，在50-60 °C下，攪拌30-60min，加入步驟（1)得到的混合填料，繼續(xù)攪拌1-2h，加入活性稀 釋劑和固化劑，在800-1000W的功率下，超聲l-3h，轉(zhuǎn)移至模具，真空條件下除氣泡，在150-200°C下，固化成型，得到木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0033]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1000W。
[0034]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0035]木質(zhì)素纖維的纖維微觀結(jié)構(gòu)是帶狀彎曲的，凹凸不平的，多孔的，交叉處是扁平 的，有良好的韌性、分散性和化學(xué)穩(wěn)定性，有非常優(yōu)秀的抗裂性能，其加入到碳纖維/環(huán)氧樹(shù) 脂復(fù)合材料中，可以有效提高復(fù)合材料的耐裂紋性能和斷裂韌性；
[0036]本發(fā)明采用的粘膠纖維具有高強(qiáng)力，可以有效提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和抗沖擊性 能，羧甲基纖維素鈉的加入使得木質(zhì)素纖維、粘膠纖維、碳纖維與樹(shù)脂良好的相容性，從而 提尚復(fù)合材料的性能。
【具體實(shí)施方式】：
[0037] 為了更好的理解本發(fā)明，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)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。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] -種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0040] 雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂50份，木質(zhì)素纖維2份，
[0041 ]碳纖維5份，粘膠纖維3份，羧甲基纖維素鈉2份，
[0042]羥乙基纖維素1份，桐油5份，二甲基硅油份，
[0043]硬脂酸甘油酯5份，聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯5份，
[0044] 固化劑3份，活性稀釋劑3份。
[0045] 其制備方法包括以下步驟：
[0046] (1)將木質(zhì)素纖維、碳纖維、粘膠纖維、羧甲基纖維素鈉、二甲基硅油和硬脂酸甘油 酯混合攪拌均勻，升溫至40°C，超聲20min，得到混合填料；
[0047] (2)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、羥乙基纖維素、桐油和聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯，混 合，在50°C下，攪拌30min，加入步驟（1)得到的混合填料，繼續(xù)攪拌lh，加入活性稀釋劑和固 化劑，在800W的功率下，超聲lh，轉(zhuǎn)移至模具，真空條件下除氣泡，在150°C下，固化成型，得 到木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0048] 實(shí)施例2
[0049] -種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0050] 雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂80份，木質(zhì)素纖維8份，
[0051 ]碳纖維10份，粘膠纖維6份，羧甲基纖維素鈉5份，
[0052]羥乙基纖維素3份，桐油10份，二甲基硅油10份，
[0053]硬脂酸甘油酯15份，聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯10份，
[0054]固化劑6份，活性稀釋劑8份。
[0055]其制備方法包括以下步驟：
[0056] (1)將木質(zhì)素纖維、碳纖維、粘膠纖維、羧甲基纖維素鈉、二甲基硅油和硬脂酸甘油 酯混合攪拌均勻，升溫至50°C，超聲40min，得到混合填料；
[0057] (2)將雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、羥乙基纖維素、桐油和聚氧乙烯二甘油醇的硼酸酯，混 合，在60°C下，攪拌60min，加入步驟⑴得到的混合填料，繼續(xù)攪拌2h，加入活性稀釋劑和固 化劑，在1000W的功率下，超聲3h，轉(zhuǎn)移至模具，真空條件下除氣泡，在200°C下，固化成型，得 到木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0058] 實(shí)施例3
[0059] -種木質(zhì)素纖維改性碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，以重量份計(jì)，包括以下組分：
[0060] 雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂60份，木質(zhì)素纖維3份，
[0061 ]碳纖維6份，粘膠纖維4份，羧甲基纖維素鈉3份，
[0062] 羥乙基纖維素1.5份，桐油6份，二甲基硅油6份，
[0063]