技术领域
[0001] 本
发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种新型
碳纤维复合材料。
背景技术
[0002] 碳纤维是由有机纤维经过一系列
热处理转化而成，含碳量高于90％的无机高性能纤维，是一种
力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工型，是新一代增强纤维。
[0003] 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐
腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的
各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
[0004] 但是，碳
纳米纤维与复合材料的基体材料的浸润性低，且在基体材料中的分散性也低。此外，尤其因为碳纳米纤维相互之间具有强凝聚性，所以将碳纳米纤维均匀的分散到复合材料基体中是非常困难的。
发明内容
[0005] 本发明的目的是：克服
现有技术中的不足，提供一种柔软性高、分散均匀的新型碳纤维复合材料。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0007] 一种新型碳纤维复合材料，包括弹性体以及分散在弹性体中的碳纤维束，复合材料中碳纤维束的体积分数为20-45％，所述碳纤维采用Fe2O3/
石墨烯接枝碳纤维。
[0008] 优选的，所述碳纤维束中碳纤维的平均直径为0.8-1.2nm，平均长度为10-18μm。
[0009] 优选的，所述碳纤维为改性碳纤维，改性碳纤维采用以下方法制得：
[0010] (1)将碳纤维头尾部用四氟乙烯带系好，置于烧瓶中，加入浓
硝酸，70℃下
氧化2h后，待溶液呈黄红色，冷却至室温后，将
酸化的碳纤维取出，并用蒸馏
水清洗至中性，100℃烘干1h，待用；
[0011] (2)取步骤(1)中酸化后并干燥的碳纤维，将其缠绕在长方形玻璃框上，在烧杯中，加入SOCl2和DMF溶液，按照10∶3配比混合，将缠有纤维的玻璃框固定在500ml烧杯中，70℃水浴反应48h，冷却后用丙
酮洗去纤维表面多余残夜，得到酰氯化碳纤维。
[0012] 优选的，所述碳纤维复合材料的单位面积纤维总重量的变化系数为8％以下。
[0013] 优选的，所述碳纤维复合材料采用气流网法制得。
[0014] 优选的，所述碳纤维复合材料是交联体。
[0015] 优选的，所述Fe2O3/
石墨烯接枝碳纤维采用以下方法制得：将
氨基化的Fe2O3/石墨烯溶于DMF中后倒入烧杯中，加入酰氯化后的碳纤维，并将碳纤维固定在烧杯中，保持碳纤维始终浸在溶液中，在70℃恒温磁力搅拌水浴加热下，调节反应时间为12h，24h，36h，48h，反应结束后冷却至室温，取出纤维，丙酮回流24h，然后在
磁场环境下干燥24h，得到表面接枝了石墨烯的碳纤维。
[0016] 优选的，所述氨基化的Fe2O3/石墨烯与酰氯化碳纤维摩尔比为1∶1。
[0017] 采用本发明的技术方案的有益效果是：
[0018] 1、本发明中的碳纤维经过处理后，表面活性度高，与基体的粘结性较高，与复合材料的基体材料的浸润性低，且在基体材料中的分散度高，分散均匀。
[0019] 2、本发明中采用碳纤维处理方法，不仅能够保护碳纤维的表面在运输及使用过程中不会发生由于静电起毛或是断裂等现象，还能有利于纤维与基体的结合效果，从而有效改善纤维表面的浸润性。
具体实施方式
[0020] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0022] 一种新型碳纤维复合材料，包括弹性体以及分散在弹性体中的碳纤维束，复合材料中碳纤维束的体积分数为20％，所述碳纤维采用Fe2O3/石墨烯接枝碳纤维；碳纤维束中碳纤维的平均直径为0.8nm，平均长度为10μm，碳纤维复合材料的单位面积纤维总重量的变化系数为8％以下，碳纤维复合材料采用气流网法制得，碳纤维复合材料是交联体。
[0023] 本实施例中碳纤维为改性碳纤维，改性碳纤维采用以下方法制得：
[0024] (1)将碳纤维头尾部用四氟乙烯带系好，置于烧瓶中，加入浓硝酸，70℃下氧化2h后，待溶液呈黄红色，冷却至室温后，将酸化的碳纤维取出，并用蒸馏水清洗至中性，100℃烘干1h，待用；
[0025] (2)取步骤(1)中酸化后并干燥的碳纤维，将其缠绕在长方形玻璃框上，在烧杯中，加入SOCl2和DMF溶液，按照10∶3配比混合，将缠有纤维的玻璃框固定在500ml烧杯中，70℃水浴反应48h，冷却后用丙酮洗去纤维表面多余残夜，得到酰氯化碳纤维。
[0026] 本实施例中Fe2O3/石墨烯接枝碳纤维采用以下方法制得：将氨基化的Fe2O3/石墨烯溶于DMF中后倒入烧杯中，加入酰氯化后的碳纤维，并将碳纤维固定在烧杯中，氨基化的Fe2O3/石墨烯与酰氯化碳纤维摩尔比为1∶1，保持碳纤维始终浸在溶液中，在70℃恒温磁力搅拌水浴加热下，调节反应时间为12h，24h，36h，48h，反应结束后冷却至室温，取出纤维，丙酮回流24h，然后在磁场环境下干燥24h，得到表面接枝了石墨烯的碳纤维。
[0027] 实施例2
[0028] 一种新型碳纤维复合材料，包括弹性体以及分散在弹性体中的碳纤维束，复合材料中碳纤维束的体积分数为30％，所述碳纤维采用Fe2O3/石墨烯接枝碳纤维；碳纤维束中碳纤维的平均直径为1nm，平均长度为15μm，碳纤维复合材料的单位面积纤维总重量的变化系数为8％以下，碳纤维复合材料采用气流网法制得，碳纤维复合材料是交联体。
[0029] 本实施例中碳纤维为改性碳纤维，改性碳纤维采用以下方法制得：
[0030] (1)将碳纤维头尾部用四氟乙烯带系好，置于烧瓶中，加入浓硝酸，70℃下氧化2h后，待溶液呈黄红色，冷却至室温后，将酸化的碳纤维取出，并用蒸馏水清洗至中性，100℃烘干1h，待用；
[0031] (2)取步骤(1)中酸化后并干燥的碳纤维，将其缠绕在长方形玻璃框上，在烧杯中，加入SOCl2和DMF溶液，按照10∶3配比混合，将缠有纤维的玻璃框固定在500ml烧杯中，70℃水浴反应48h，冷却后用丙酮洗去纤维表面多余残夜，得到酰氯化碳纤维。
[0032] 本实施例中Fe2O3/石墨烯接枝碳纤维采用以下方法制得：将氨基化的Fe2O3/石墨烯溶于DMF中后倒入烧杯中，加入酰氯化后的碳纤维，并将碳纤维固定在烧杯中，氨基化的Fe2O3/石墨烯与酰氯化碳纤维摩尔比为1∶1，保持碳纤维始终浸在溶液中，在70℃恒温磁力搅拌水浴加热下，调节反应时间为12h，24h，36h，48h，反应结束后冷却至室温，取出纤维，丙酮回流24h，然后在磁场环境下干燥24h，得到表面接枝了石墨烯的碳纤维。
[0033] 实施例3
[0034] 一种新型碳纤维复合材料，包括弹性体以及分散在弹性体中的碳纤维束，复合材料中碳纤维束的体积分数为45％，所述碳纤维采用Fe2O3/石墨烯接枝碳纤维；碳纤维束中碳纤维的平均直径为1.2nm，平均长度为18μm，碳纤维复合材料的单位面积纤维总重量的变化系数为8％以下，碳纤维复合材料采用气流网法制得，碳纤维复合材料是交联体。
[0035] 本实施例中碳纤维为改性碳纤维，改性碳纤维采用以下方法制得：
[0036] (1)将碳纤维头尾部用四氟乙烯带系好，置于烧瓶中，加入浓硝酸，70℃下氧化2h后，待溶液呈黄红色，冷却至室温后，将酸化的碳纤维取出，并用蒸馏水清洗至中性，100℃烘干1h，待用；
[0037] (2)取步骤(1)中酸化后并干燥的碳纤维，将其缠绕在长方形玻璃框上，在烧杯中，加入SOCl2和DMF溶液，按照10∶3配比混合，将缠有纤维的玻璃框固定在500ml烧杯中，70℃水浴反应48h，冷却后用丙酮洗去纤维表面多余残夜，得到酰氯化碳纤维。
[0038] 本实施例中Fe2O3/石墨烯接枝碳纤维采用以下方法制得：将氨基化的Fe2O3/石墨烯溶于DMF中后倒入烧杯中，加入酰氯化后的碳纤维，并将碳纤维固定在烧杯中，氨基化的Fe2O3/石墨烯与酰氯化碳纤维摩尔比为1∶1，保持碳纤维始终浸在溶液中，在70℃恒温磁力搅拌水浴加热下，调节反应时间为12h，24h，36h，48h，反应结束后冷却至室温，取出纤维，丙酮回流24h，然后在磁场环境下干燥24h，得到表面接枝了石墨烯的碳纤维。
[0039] 碳纤维复合材料的性能测试：
[0040] 对实施例1-3中的碳纤维复合材料进行拉伸试验，具体实验数据见表1。
[0041] 表1
[0042]
[0043]
弹性模量可视为衡量材料产生弹性形变难易程度的指标，弹性模量越大，使材料发生一员弹性
变形的
应力也越大，即在一定应力作用下，纤维发生弹性形变越小，刚性好，强度高。
[0044] 由表可以看出，与其他材料相比，碳纤维具有比较强度和比模量高、制作力学性能优异等优点。碳纤维束
[0045] 碳纤维束的体积分数对碳纤维复合材料的性能影响，实施例4-6中仅碳纤维的体积分数不一样，其余内容同实施例2，具体检测结果见表2。
[0046]
[0047] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及
修改。本项发明的技术性范围并不局限于
说明书上的内容，必须要根据
权利要求范围来确定其技术性范围。
