一种隔热抗冲击碳纤维复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及碳纤维复合材料，具体为一种隔热抗冲击碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，许国家积极推进汽车行业节能减排，各个汽车主机厂大力进行汽车零部件轻量化，以满足国家相关环保政策。碳纤维复合材料具有轻质高强的特点，逐渐被应用于汽车零部件的制造中，例如车身、引擎盖、汽车底板、汽车轮毂、传动轴以及电动汽车中的电池托盘等。

2、其中，碳纤维复合材料也因其外观靓丽得到广大年轻人的吹捧，被广泛应用于汽车车身，这也使得碳纤维复合材料在安全性能上的要求极高，当下制备的碳纤维复合材料要达到车身用的抗冲击性能，其制备工艺更为精细，且制作时间较长，这也使得其生产成本较高，使碳纤维复合材料的量化生产受到了极大的限制。

3、本发明关注到了这类问题，通过制备隔热抗冲击碳纤维复合材料来解决这一问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种隔热抗冲击碳纤维复合材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种隔热抗冲击碳纤维复合材料，所述隔热抗冲击碳纤维复合材料包括树脂和碳纤维，所述隔热抗冲击碳纤维复合材料是采用在脉冲螺旋电场条件下进行树脂传递模塑成型工艺将树脂包裹碳纤维；所述碳纤维含有氧化铁晶粒；所述树脂含有卟啉。

4、进一步的，所述脉冲螺旋电场辅助树脂传递模塑成型工艺为由下及上依次将碳纤维、脱模布、导流网放入真空袋中，再放入树脂传递模塑成型模具中用密封胶密封、抽真空、灌入树脂，随后在氩气混合气保护条件下，放入以旋转的阿基米德螺旋线圈为上电极的脉冲螺旋电场中固化、静置、脱模。

5、一种隔热抗冲击碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

6、(1)将利用醋酸铁预处理的3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚、4-癸烯基邻苯二胺混合，进行超临界纺丝耦合碳化工艺，制备得到碳纤维；

7、(2)对氨基乙酮基苯酚、丙二醛共混，制备得到树脂；

8、(3)由下及上依次将碳纤维、脱模布、导流网放入真空袋中，再放入树脂传递模塑成型模具中用密封胶密封、抽真空、灌入树脂，随后在氩气混合气保护条件下，放入以旋转的阿基米德螺旋线圈为上电极的脉冲螺旋电场中固化、静置、脱模，制备得到隔热抗冲击碳纤维复合材料。

9、进一步的，所述隔热抗冲击碳纤维复合材料的制备方法包括以下制备步骤：

10、(1)将纺丝液放入150～160℃的纺丝箱中，在230～260℃、600～800m/min纺丝速度的条件下，使用配有0.2～0.3mm孔径喷丝板的螺杆挤压机进行纺丝，在14～20℃、湿度为25～30％和风速为0.8～1.5m/s的条件下，进行侧吹风冷却固化30～40min，得到碳纤维原丝；将碳纤维原丝放入200～300℃空气氧化炉预氧化0.8～1.2h，随后在氮气保护下，放入800～1000℃马弗炉中碳化4～6h，再放入1400～1600℃的马弗炉中碳化4～6h，取出，在氮气保护下以3～6℃/min冷却至室温，再进行平纹纺织，制备得到碳纤维；

11、(2)在25～26℃下，将氨基乙酮基苯酚、丙二醛按质量比1：8～1：10混合，以1200～1400r/min搅拌0.4～0.6h，在10～20pa下抽真空40～60min，制备得到树脂；

12、(3)由下及上依次将碳纤维相同长度和宽度的脱模布、碳纤维、碳纤维长度和宽度0.6～0.7倍的导流网放入真空袋中，再放入0.8～1.2mm厚的树脂传递模塑成型模具中，用密封胶密封，在10～20pa下抽真空30～40min，以0.06～0.08m/min灌入树脂38～40min，在0.18～0.22mpa、氩气混合气保护条件下，放入上电极为22～24匝阿基米德螺旋线圈、脉冲频率为600～700hz、占空比为70％～80％、正反向脉冲时间为2000～3000ms、电压为56～57v的脉冲螺旋电场中，控制上电极的旋转速率为2600～3600r/min，随后固化1.8～2.2h、静置1～3h，脱模，制备得到隔热抗冲击碳纤维复合材料。

13、进一步的，步骤(1)所述纺丝液的制备方法如下：在69～71℃、氮气保护下，向4-癸烯基邻苯二胺混合液中滴入4-癸烯基邻苯二胺混合液质量1.9～2.1倍的预处理的3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚，以1200～1400r/min搅拌1～1.5h，再加入4-癸烯基邻苯二胺混合液质量0.6～0.7倍的氢氧化锂混合液，以相同搅拌速度搅拌1.9～2.1h，在10～20pa、65～66℃下，以2000～2200r/min旋蒸30～40min，制备得到纺丝液。

14、进一步的，所述预处理的3-甲醛基-5-癸烯基邻苯二酚的制备方法如下：在24～26℃条件下，将3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚和丙酮按质量比1：17～1：18混合，以1200～1400r/min搅拌30～40min，再以2～3m/min通入3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚质量3～3.2倍的超临界醋酸铁继续搅拌3～7min，随后在57～58℃、10～20pa条件下，以2000～2200r/min旋蒸10～20min，制备得到预处理的3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚。

15、进一步的，所述超临界醋酸铁的制备方法如下：在24～26℃条件下，将醋酸铁和水按质量比1：10～1：11混合，以1200～1400r/min搅拌30～40min，放入221～222mpa的反应釜中，以3～4℃/min升温至374～375℃，保温10～20min，制备得到超临界醋酸铁。

16、进一步的，所述4-癸烯基邻苯二胺混合液的制备方法如下：在24～26℃条件下，将4-癸烯基邻苯二胺和甲醇按质量比1：20～1：22混合，以1200～1400r/min搅拌30～40min，制备得到4-癸烯基邻苯二胺混合液。

17、进一步的，所述氢氧化锂混合液的制备方法如下：在24～26℃条件下，将氢氧化锂和甲醇按质量比1：38～1：42混合，以1200～1400r/min搅拌30～40min，制备得到氢氧化锂混合液。

18、进一步的，步骤(3)所述氩气混合气是由氩气和水蒸气按质量比1：0.1～1：0.3混合得到。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

20、本发明制备隔热抗冲击碳纤维复合材料是由树脂包裹碳纤维制备得到；本发明先将3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚、4-癸烯基邻苯二胺混合，利用醋酸铁进行超临界纺丝耦合碳化工艺，得到碳纤维；再将对氨基乙酮基苯酚、丙二醛共混得到树脂，采用脉冲螺旋电场辅助树脂传递模塑成型工艺将树脂包裹碳纤维，制备得到隔热抗冲击碳纤维复合材料。

21、首先，将3-甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚、4-癸烯基邻苯二胺混合，利用醋酸铁进行超临界纺丝耦合碳化工艺，得到碳纤维，3-二甲醇基-5-癸烯基邻苯二酚的甲醇基氧化形成甲醛基，甲醛基和4-癸烯基邻苯二胺上氨基反应生成n,n'-双(2,3-二羟基苯亚甲基)邻苯二胺，形成以n,n'-双(2,3-二羟基苯亚甲基)邻苯二胺为中心体、聚癸烯为支链的超支化聚合物，增加了碳纤维的拉伸强度；n,n'-双(2,3-二羟基苯亚甲基)邻苯二胺中的酚羟基和胺基快速捕捉铁离子形成配位键，碳化后原位生成氧化铁晶粒，增加碳纤维的表面的粗糙度，从而增加树脂和碳纤维的啮合度。

22、其次，将对氨基乙酮基苯酚、丙二醛共混得到树脂，采用脉冲螺旋电场辅助树脂传递模塑成型工艺将树脂包裹碳纤维，脉冲电流经过阿基米德螺旋线圈产生电场，线圈转动带动电场变化形成螺旋电场，制备得到隔热抗冲击碳纤维复合材料，使碳纤维表面形成大量氨基等自由基，树脂通过碳纤维中超支化聚合物留下的空腔进入碳纤维内部，树脂中的羰基和醛基与碳纤维表面氨基反应形成希夫碱，使树脂稳固地包裹碳纤维，增强了隔热抗冲击碳纤维复合材料的耐剥离性能；部分丙二醛的醛基和对氨基乙酮基苯酚的苯酚反应交联固化的同时，剩下的丙二醛与对氨基乙酮基苯酚中氨基乙酮反应形成卟啉，脉冲螺旋电场产生的螺旋磁场使氧化铁晶粒脱离碳纤维，并在树脂内快速旋转移动形成螺旋孔道，增强了隔热抗冲击碳纤维复合材料的抗冲击性能；氧化铁到达树脂表面时，树脂内卟啉导电将接触到树脂表面水蒸气的氧化铁反应电离形成铁离子，树脂表面卟啉快速捕捉铁离子形成金属配合物膜，增强了隔热抗冲击碳纤维复合材料的耐磨性能。