一种碳纤复合材料的制备方法及碳纤复合材料

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤复合材料的制备方法及碳纤复合材料。

背景技术

复合材料通过膜压热固成型时需要部分产品需要使用填充材料。现有聚氨酯泡沫发泡充填使用聚氨酯及其他填充材料时被压缩缺失内压导致产片强度低下，产品外观出现凹陷不良率高，成型结束后发生第二次发泡导致产品报废。随着各种材料技术的发展复合材料成型采用快速固化方式，其虽然具有生产效率高，能源消耗低等优点，但是使用目前聚氨酯及其他填充材料时易发生第二次发泡现象，导致产品报废率高，快速成型工艺不能普及。

另外，现有技术中碳纤维硬化成型时填充材料不能有效的支撑碳纤导致成型模具内压不够，进而导致碳纤维丝之间层间力下降，强度降低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种碳纤复合材料的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种碳纤复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

将空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；

将填充材料置于模具中进行加压热成型处理，得到所述碳纤复合材料。

作为本发明实施例的一个优选方案，所述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂的质量比为(50~150):(150~250):(0.1~2):(0.01~0.2)。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂的质量比为(80~120):(180~220):(0.5~1.5):(0.05~0.15)。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂的质量比为(90~110):(190~210):(0.8~1.2):(0.08~0.12)。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述超纤材料为玻璃纤维。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述空心玻璃微珠粉的比重为0.1~0.3。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述步骤中，加压热成型处理的温度为150~170℃

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的碳纤复合材料。

作为本发明实施例的另一个优选方案，所述碳纤复合材料在150℃时的收缩率为0。

本发明实施例提供的一种碳纤复合材料的制备方法，通过采用空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂作为原料，其制得的碳纤复合材料比重轻，加热加压时不易热变形，不发生二次发泡现象，可用作为碳纤自行车、羽毛球拍、鞋底等材料。其中，本发明所采用环氧树脂可以与多种类型的固化剂发生交联反应而成不容、不熔的具有三相网状结构的高聚物，故使用环氧树脂和空心玻璃微珠粉进行捏合，并热压成型后，可达到耐压超轻、性质稳定的复合材料。

具体实施方式

为下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉50g、环氧树脂150g、超纤材料0.1g、偶合剂0.01g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.1；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.1克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以150℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例2

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉150g、环氧树脂250g、超纤材料2g、偶合剂0.2g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.3；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.2克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以170℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例3

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉60g、环氧树脂160g、超纤材料0.2g、偶合剂0.02g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例4

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉140g、环氧树脂240g、超纤材料1.8g、偶合剂0.18g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例5

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉80g、环氧树脂180g、超纤材料0.5g、偶合剂0.05g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例6

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉120g、环氧树脂220g、超纤材料1.5g、偶合剂0.15g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例7

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉90g、环氧树脂190g、玻璃纤维0.8g、偶合剂0.08g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例8

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉110g、环氧树脂210g、玻璃纤维1.2g、偶合剂0.12g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

实施例9

该实施例提供了一种碳纤复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、称取空心玻璃微珠粉100g、环氧树脂200g、玻璃纤维1g、偶合剂0.1g，备用；其中，超纤材料为玻璃纤维；偶合剂为3-缩水甘油醚氧基三甲氧基硅烷；空心玻璃微珠粉的比重为0.2；另外，环氧树脂为市售材料，其外观性状为浅黄、乳白液体，蒸汽压为77.5mmHg（MEK），蒸汽密度为2.41（MEK），闪火点为79℃，自燃温度为404℃（MEK），密度为1.15克/立方厘米（20℃）。

S2、将上述空心玻璃微珠粉、环氧树脂、超纤材料、偶合剂进行捏合，得到填充材料；将该填充材料填入产品模具中，以160℃的加热温度进行加压热成型处理25min，即可得到碳纤复合材料。

将上述实施例9得到的碳纤复合材料与现有的聚氨酯填充产品（市售产品）进行性能指标对比，其对比结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，本发明实施例制得的碳纤复合材料在加热加压时不会发生变形，也不发生二次发泡现象，其加热加压成型后的产品具有较优的力学性能，且表面不会有缺陷，成品率高。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。