一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂50?100份，碳纤维5?10份，聚四氟乙烯树脂20?50份，氮化硼纳米片3?7份，椰油酰二乙醇胺10?30份，康戊胶5?8份，N,N?间苯撑双马来酰亚胺20?60份，海泡石粉2?5份，固化剂1?3份。本发明还公开了该氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法。该复合材料韧性大，抗冲击性能优异，耐热性好，耐磨、耐化学腐蚀，低温性能好，且其制备方法简单，成本低。
【专利说明】
一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法
技术领域
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[0001]本发明涉及复合材料技术领域，具体的涉及一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
【背景技术】
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[0002]环氧树脂是一种强度高、粘结性能好、具有优良耐热性、防腐性和承载能力的热固性高分子材料，大多数环氧树脂由环氧氯丙烷和双酚A甲烷聚合而成。与热塑性高分子材料相比，环氧树脂脆而硬，断裂能较低，在与金属对偶件时容易发生脆性断裂。随着航空工业的迅速发展，环氧树脂在这些方面的应用不断扩展，对其强度和模量也提出了更高的要求。同时，为了改善环氧树脂复合涂层的抗冲击性能，常常对其进行改性。油漆采用纳米材料和聚合物改性已成为新的研究热点。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是提供一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其韧性大，抗冲击性能优异，耐热性好，耐磨、耐化学腐蚀，低温性能好，且其制备方法简单，成本低。
[0004]本发明的另一个目的是提供该复合材料的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0007]环氧树脂50-100份，碳纤维5-10份，
[0008]聚四氟乙烯树脂20-50份，氮化硼纳米片3-7份，
[0009 ] 椰油酰二乙醇胺10-30份，康戊胶5-8份，
[0010]N，N-间苯撑双马来酰亚胺20-60份，
[0011]海泡石粉2-5份，固化剂1-3份。
[0012]作为上述技术方案的优选，一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0013]环氧树脂80份，碳纤维6份，
[0014]聚四氟乙烯树脂40份，氮化硼纳米片5份，
[0015]椰油酰二乙醇胺25份，康戊胶7份，
[0016]N，N-间苯撑双马来酰亚胺30份，
[0017]海泡石粉3.5份，固化剂2份。
[0018]作为上述技术方案的优选，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，其固化收缩率为I %，线膨胀系数为6 X 10-5 0C。
[0019]作为上述技术方案的优选，所述碳纤维的长度为2_5μπι，直径为0.1-1μπι。
[°02°]作为上述技术方案的优选，所述氮化硼纳米片的厚度为10_20nm，直径为1-2μηι。
[0021]作为上述技术方案的优选，所述康戊胶为聚(衣康酸酯/异戊二烯)生物基弹性体。
[0022]作为上述技术方案的优选，所述海泡石粉的粒径大小为20-50nm，密度为1-1.5g/Cm30
[0023]作为上述技术方案的优选，所述固化剂为单硬脂酸甘油酯、羧酸改性的羟烷基酰胺、腰果胺、二苯基二异氰酸酯中的一种或多种混合。
[0024]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0025](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声l-3h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声30-60min，得到混合物料；
[0026](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至50-600C，在8000-10000转/分的状态下，搅拌20_50min，继续加入固化剂，超声l_2h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，180-250°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0027]作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述固化成型的条件为:温度为200°C，真空度为 0.5-1.5MPa。
[0028]本发明具有以下有益效果:
[0029]本发明采用氮化硼纳米片对碳纤维/环氧树脂复合材料进行改性，N，N_间苯撑双马来酰亚胺、椰油酰二乙醇胺作为分散剂，在超声的作用下，氮化硼纳米片剥离成更薄的纳米片，通过分散剂稳定的分散在碳纤维/环氧树脂复合材料中，大大提高了材料的抗冲击性能和耐低温性能；
[0030]康戊胶具有极好的弹性，其无毒，对环境友好，与复合材料具有很好的相容性，海泡石粉在康戊胶的作用下，可以实现良好的分散，制备得到的复合材料柔韧性好，耐磨，耐热性好，易于加工。
【具体实施方式】
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[0031]为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
[0032]实施例1
[0033]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0034]环氧树脂50份，碳纤维5份，
[0035]聚四氟乙烯树脂20份，氮化硼纳米片3份，
[0036]椰油酰二乙醇胺10份，康戊胶5份，
[0037]N，N-间苯撑双马来酰亚胺20份，
[0038]海泡石粉2份，固化剂I份。
[0039]其制备方法包括以下步骤:
[0040](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在500W的功率下超声lh，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声30min，得到混合物料；
[0041](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至500C，在8000转/分的状态下，搅拌20min，继续加入固化剂，超声Ih，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，180°c下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0042]实施例2
[0043]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0044]环氧树脂100份，碳纤维1份，
[0045]聚四氟乙烯树脂50份，氮化硼纳米片7份，
[0046]椰油酰二乙醇胺30份，康戊胶8份，
[0047]N，N-间苯撑双马来酰亚胺60份，
[0048]海泡石粉5份，固化剂3份。
[0049]其制备方法包括以下步骤:
[0050](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在1000W的功率下超声3h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声60min，得到混合物料；
[0051](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至600C，在10000转/分的状态下，搅拌50min，继续加入固化剂，超声2h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，250°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0052]实施例3
[0053]一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0054]环氧树脂60份，碳纤维6份，
[0055]聚四氟乙烯树脂30份，氮化硼纳米片4份，
[0056]椰油酰二乙醇胺15份，康戊胶5.5份，
[0057]N，N-间苯撑双马来酰亚胺30份，
[0058]海泡石粉3份，固化剂1.5份。
[0059]其制备方法包括以下步骤:
[0060](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在600W的功率下超声1.5h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声40min，得到混合物料；
[0061](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至550C，在8500转/分的状态下，搅拌30min，继续加入固化剂，超声1.2h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，190°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0062]实施例4
[0063]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0064]环氧树脂70份，碳纤维7份，
[0065]聚四氟乙烯树脂35份，氮化硼纳米片5份，
[0066]椰油酰二乙醇胺18份，康戊胶6份，
[0067]N，N-间苯撑双马来酰亚胺40份，
[0068]海泡石粉3.5份，固化剂1.8份。
[0069]其制备方法包括以下步骤:
[0070](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在700W的功率下超声1.8h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声45min，得到混合物料；
[0071](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至55 °C，在9000转/分的状态下，搅拌35min，继续加入固化剂，超声1.4h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，200°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0072]实施例5
[0073]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0074]环氧树脂80份，碳纤维8份，
[0075]聚四氟乙烯树脂40份，氮化硼纳米片6份，
[0076]椰油酰二乙醇胺20份，康戊胶7份，
[0077]N，N-间苯撑双马来酰亚胺45份，
[0078]海泡石粉4份，固化剂2份。
[0079]其制备方法包括以下步骤:
[0080](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在800W的功率下超声2h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声50min，得到混合物料；
[0081](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至600C，在9500转/分的状态下，搅拌40min，继续加入固化剂，超声1.6h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，210°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
[0082]实施例6
[0083]—种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，以重量份计，包括以下组分:
[0084]环氧树脂90份，碳纤维9份，
[0085]聚四氟乙烯树脂45份，氮化硼纳米片6.5份，
[0086]椰油酰二乙醇胺25份，康戊胶7.5份，
[0087]N，N-间苯撑双马来酰亚胺55份，
[0088]海泡石粉4.5份，固化剂2.5份。
[0089]其制备方法包括以下步骤:
[0090](I)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N_间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在900W的功率下超声2.5h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声55min，得到混合物料；
[0091](2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至50 °C，在10000转/分的状态下，搅拌45min，继续加入固化剂，超声1.8h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，230°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。
【主权项】
1.一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分: 环氧树脂50-100份，碳纤维5-10份， 聚四氟乙烯树脂20-50份，氮化硼纳米片3-7份， 椰油酰二乙醇胺10-30份，康戊胶5-8份， N ,N-间苯撑双马来酰亚胺20-60份， 海泡石粉2-5份，固化剂1-3份。2.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分: 环氧树脂80份，碳纤维6份， 聚四氟乙烯树脂40份，氮化硼纳米片5份， 椰油酰二乙醇胺25份，康戊胶7份， N，N-间苯撑双马来酰亚胺30份， 海泡石粉3.5份，固化剂2份。3.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酸A型环氧树脂，其固化收缩率为I %，线膨胀系数为6 X 10—5 °C。4.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述碳纤维的长度为2-5μηι，直径为0.1-1μηι。5.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述氮化硼纳米片的厚度为10_20nm，直径为1-2μπι。6.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述康戊胶为聚(衣康酸酯/异戊二烯)生物基弹性体。7.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述海泡石粉的粒径大小为20-50nm，密度为1-1.5g/cm3。8.如权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述固化剂为单硬脂酸甘油酯、羧酸改性的羟烷基酰胺、腰果胺、二苯基二异氰酸酯中的一种或多种混合。9.如权利要求1至8任一所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将氮化硼纳米片、椰油酰二乙醇胺和N，N-间苯撑双马来酰亚胺混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声l-3h，继续加入海泡石粉、碳纤维，继续超声30-60min，得到混合物料； (2)向步骤(I)得到的混合物料中加入环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、康戊胶，升温至50-600C，在8000-10000转/分的状态下，搅拌20_50min，继续加入固化剂，超声l_2h，然后转移至模具，除气泡后，真空条件下，180-250°C下，固化成型，得到氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料。10.如权利要求9所述的一种氮化硼纳米片改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固化成型的条件为:温度为200°C，真空度为0.5-1.5MPa。
【文档编号】C08K5/3415GK105838031SQ201610227258
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】严连庆
【申请人】湖州新奥克化工有限公司