本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种环氧树脂复合材料及其制备工艺。
背景技术：
1、环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，由于环氧基的化学活性，可与多种含有活泼氢的化合物发生开环反应，固化交联生成网络结构，是一种热固性树脂。环氧树脂因具有较高的粘接性能、良好的化学稳定性和电绝缘性等优点，而被广泛应用于涂料、复合材料以及电子封装材料领域。
2、环氧树脂复合材料具有耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛和可设计性强等的优点，但是环氧树脂复合材料的耐热性有限，不能承受过高的温度，容易因高温而变形，从而对力学性能等产生不利影响，且环氧树脂容易燃烧，添加阻燃剂可以提高其阻燃性能，但是存在小分子有机阻燃剂与基体相容性不佳等的问题。当环氧树脂复合材料用于制作需要承受较大外力的零部件的时候，其力学性能被提出了更高的要求，现有技术中的环氧树脂复合材料的耐候性一般，容易受到紫外线、氧化等因素的影响导致材料老化，使得力学性能等综合性能下降，添加抗紫外线剂等助剂可以改善耐老化性，但是存在小分子抗紫外线剂在基体中容易迁移失效而导致分散不均的问题，从而未能有效延长环氧树脂复合材料的使用寿命。
3、因此开发出合适的改性方法，提升环氧树脂的力学性能、阻燃性、耐热性和抗紫外线老化性等性能，以满足更高的使用需求，具有现实中的重要性和迫切性。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种环氧树脂复合材料及其制备工艺。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种环氧树脂复合材料，包括如下重量份原料：环氧树脂100份、固化剂20-30份、固化促进剂1-3份、增强纤维25-35份、阻燃剂2-4份；所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，固化剂为4,4'-二氨基联苯，固化促进剂为2-甲基咪唑；
4、所述环氧树脂复合材料，其制备包括如下步骤：
5、将环氧树脂、固化剂、固化促进剂加至反应釜中，混合搅拌30-40min，再加入增强纤维和阻燃剂，继续搅拌，经90℃下1h、120℃下2h、150℃下1h的升温梯度条件固化后得到环氧树脂复合材料。
6、所述增强纤维，其制备包括如下步骤：
7、步骤a1：将丁香酚、甲苯加入烧瓶中，开启搅拌，再加入氢氧化钠溶液，搅拌5-10min后，再将环氧氯丙烷缓慢滴加至烧瓶中，室温下搅拌反应6-7h，过滤、萃取、干燥即得到环氧产物；
8、进一步地，丁香酚、甲苯、氢氧化钠溶液和环氧氯丙烷的用量比为0.1mol：55-65ml：5-10ml：0.1mol，氢氧化钠溶液的质量分数为10%；
9、步骤a1反应过程中，丁香酚的酚羟基与环氧氯丙烷反应，生成环氧产物；
10、步骤a2：将碳纤维置于丙酮中，于70℃下回流搅拌48h，而后用去离子水洗涤并于80℃下干燥12h得到预处理的碳纤维；再将预处理的碳纤维置于米氏酸溶液中，于30℃下搅拌3h，然后用丙酮洗涤并于80℃下干燥6-8h，即得到表面活化的碳纤维；将上述环氧产物、表面活化的碳纤维、吡啶加至dmf中，开启搅拌并通入氮气，在氮气氛围中，40-50℃下搅拌反应8-10h，再升温至100-110℃，继续搅拌1-2h，即得到改性碳纤维；
11、进一步地，碳纤维、丙酮的用量比为5-6g：80-90ml；预处理的碳纤维、米氏酸溶液的用量比为1-1.5g：100-110ml，米氏酸溶液的浓度为0.025g/ml；环氧产物、表面活化的碳纤维、吡啶和dmf的用量比为25-30g：2-4g：0.1-0.3g：180-200ml；
12、步骤a2反应过程中，在丙酮中加热处理后，除去了碳纤维表面的上浆剂，而后碳纤维在米氏酸溶液中经活化得到表面含羧基的碳纤维，即表面活化的碳纤维；表面活化的碳纤维中的羧基再与环氧产物的环氧基反应，将环氧产物接枝到碳纤维上，得到表面含碳碳双键的改性碳纤维；
13、步骤a3：将改性碳纤维加入dmf中，开启搅拌，再加入3-氯过氧苯甲酸，在室温下搅拌反应4h，即得环氧产物1；在氮气氛围中，将3-(2-苯并三氮唑基)-4-羟基-5-叔丁基苯丙酸和甲苯加入烧瓶中，升温至45℃，加入吡啶，开启搅拌，将环氧产物1加至烧瓶中，搅拌反应8-10h，然后升温至110-120℃，继续搅拌1-2h，即得到增强纤维；
14、进一步地，改性碳纤维、dmf和3-氯过氧苯甲酸的用量比为4-6g：160-170ml：0.2mol；3-(2-苯并三氮唑基)-4-羟基-5-叔丁基苯丙酸、甲苯、吡啶与环氧产物1的用量比为35-40g：120-130ml：0.015-0.020mol：5.5-6.5g；
15、步骤a3反应过程中，改性碳纤维表面的碳碳双键被氧化成环氧基，得环氧产物1；3-(2-苯并三氮唑基)-4-羟基-5-叔丁基苯丙酸的羧基与环氧产物1的环氧基开环，生成增强纤维。
16、所述阻燃剂，其制备包括如下步骤：
17、步骤b1：将2-羧基-5-硝基苯磺酸钾加入dmf中，搅拌下加入二氯亚砜，于50℃下回流搅拌反应4-5h，即得到酰氯产物；将pss-(3-羟丙基)-取代七异丁基、吡啶、三乙胺和二甲基亚砜加入烧瓶中，得到混合液a；将酰氯产物加入二甲基亚砜中得到混合液b，在0℃冰水浴中，向混合液a中缓慢滴加混合液b，滴加完毕后，升温至40℃，恒温搅拌反应8-10h，再升温至100-110℃，继续搅拌1-2h，减压蒸馏，即得到硝基产物；
18、进一步地，2-羧基-5-硝基苯磺酸钾、dmf和二氯亚砜的用量比为0.1mol：90-100ml：0.15-0.18mol；pss-(3-羟丙基)-取代七异丁基、吡啶、三乙胺和二甲基亚砜的用量比为90-92g：0.01-0.015mol：0.1mol：180-190ml；酰氯产物和二甲基亚砜的用量比为0.1mol：100-110ml；混合液a和混合液b的用量比为185-195ml：105-115ml；
19、步骤b1反应过程中，2-羧基-5-硝基苯磺酸钾与二氯亚砜反应生成酰氯产物；酰氯产物与pss-(3-羟丙基)-取代七异丁基的羟基反应，生成含poss的硝基产物；
20、步骤b2：将硝基产物、甲苯加入三口烧瓶中，升温至45-55℃，开启回流搅拌，然后加入连二亚硫酸钠，再回流搅拌反应1-1.5h，即得到氨基产物；
21、进一步地，硝基产物、甲苯和连二亚硫酸钠的用量比为125-130g：330-340ml：0.1-0.15mol；
22、步骤b2反应过程中，硝基产物的硝基被还原成氨基，即得到氨基产物；
23、步骤b3：将氨基产物、碳酸钾和二甲基亚砜加入烧瓶中得混合液c，再将亚麻酰基氯加入二甲基亚砜中得到混合液d，在0℃冰水浴下，向混合液c中缓慢滴加混合液d，滴加完毕后，升温至40℃，恒温搅拌反应10h，即得到烯基产物；
24、进一步地，氨基产物、碳酸钾和二甲基亚砜的用量比为127-130g：0.015mol：350-360ml；亚麻酰基氯、二甲基亚砜的用量比为32-35g：70-80ml；混合液c、混合液d的用量比为360-370ml：75-85ml；
25、步骤b3反应过程中，氨基产物的氨基和亚麻酰基氯的酰氯反应，生成含多个碳碳双键的烯基产物；
26、步骤b4：将烯基产物加入dmf中，开启搅拌，再加入3-氯过氧苯甲酸，在室温下搅拌反应4h，即得阻燃剂；
27、进一步地，烯基产物、dmf和3-氯过氧苯甲酸的用量比为162-164g：400ml：0.3-0.4mol；
28、步骤b4反应过程中，烯基产物中的碳碳双键被氧化成环氧基，得到阻燃剂。
29、本发明的有益效果：本发明公开了一种环氧树脂复合材料及其制备方法，包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂、增强纤维、阻燃剂这些原料。
30、所合成的增强纤维中包括碳纤维、仲羟基和邻酚羟基苯并三氮唑结构；在增强纤维的合成过程中，碳纤维的表面经处理和参与反应之后，其与环氧树脂的界面相容性增强，能在基体中更加均匀地分散，从而更好地发挥提升力学性能的作用；仲羟基可与环氧树脂体系产生氢键交联，进一步提升增强纤维在基体中的分散相容性；邻酚羟基苯并三氮唑结构中的邻位羟基与三氮唑环上的氮原子通过分子内氢键作用形成六元螯合环而发挥紫外线吸收功能，并基于化合物分子中的互变异构将吸收的紫外线能量转化为其他形式的能量释放，以保护基体免受紫外线损伤，也避免免了小分子抗紫外线剂的迁移失效，延长环氧树脂复合材料的使用寿命；添加所合成的增强纤维，提升环氧树脂复合材料的力学性能和抗紫外线性能。
31、所合成的阻燃剂分子中包括poss结构、磺酸钾基和环氧基；含有环氧基的阻燃剂，与环氧树脂基体的分散相容性极好，使阻燃剂能更加均匀地分散形成更加均匀的体系；poss结构具有较强的热稳定性，提高阻燃剂的耐受温度，从而提升环氧树脂复合材料的耐热性；磺酸钾基中的硫元素在燃烧时生成二氧化硫等不燃气体，稀释可燃气体浓度，且以硫酸钾和亚硫酸钾化合物形式固化在碳层中，形成致密厚实的保护碳层，减少燃烧部位热量传递，在气相和固相协同有效阻止基体的进一步燃烧，同时抑制烟的释放；此外，在合成阻燃剂过程中使用的亚麻酰基氯为天然产物的衍生物，具有可生物降解性，减少石油基资源的使用，使复合材料的环保性增强；添加所合成的阻燃剂，提升复合材料的耐热性、阻燃性和环保性。
1.一种环氧树脂复合材料，其特征在于：包括如下重量份原料：环氧树脂100份、固化剂20-30份、固化促进剂1-3份、增强纤维25-35份、阻燃剂2-4份；所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，固化剂为4,4'-二氨基联苯，固化促进剂为2-甲基咪唑；
2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤a1中，丁香酚、甲苯、氢氧化钠溶液和环氧氯丙烷的用量比为0.1mol：55-65ml：5-10ml：0.1mol，氢氧化钠溶液的质量分数为10%。
3.根据权利要求1所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤a2中，碳纤维、丙酮的用量比为5-6g：80-90ml；预处理的碳纤维、米氏酸溶液的用量比为1-1.5g：100-110ml，米氏酸溶液的浓度为0.025g/ml；环氧产物、表面活化的碳纤维、吡啶和dmf的用量比为25-30g：2-4g：0.1-0.3g：180-200ml。
4.根据权利要求1所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤a3中，改性碳纤维、dmf和3-氯过氧苯甲酸的用量比为4-6g：160-170ml：0.2mol；3-(2-苯并三氮唑基)-4-羟基-5-叔丁基苯丙酸、甲苯、吡啶与环氧产物1的用量比为35-40g：120-130ml：0.015-0.020mol：5.5-6.5g。
5.根据权利要求1所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：所述阻燃剂，其制备包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤b1中，2-羧基-5-硝基苯磺酸钾、dmf和二氯亚砜的用量比为0.1mol：90-100ml：0.15-0.18mol；pss-(3-羟丙基)-取代七异丁基、吡啶、三乙胺和二甲基亚砜的用量比为90-92g：0.01-0.015mol：0.1mol：180-190ml；酰氯产物和二甲基亚砜的用量比为0.1mol：100-110ml；混合液a和混合液b的用量比为185-195ml：105-115ml。
7.根据权利要求5所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤b2中，硝基产物、甲苯和连二亚硫酸钠的用量比为125-130g：330-340ml：0.1-0.15mol。
8.根据权利要求5所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤b3中，氨基产物、碳酸钾和二甲基亚砜的用量比为127-130g：0.015mol：350-360ml；亚麻酰基氯、二甲基亚砜的用量比为32-35g：70-80ml；混合液c、混合液d的用量比为360-370ml：75-85ml。
9.根据权利要求5所述的一种环氧树脂复合材料，其特征在于：步骤b4中，烯基产物、dmf和3-氯过氧苯甲酸的用量比为162-164g：400ml：0.3-0.4mol。
10.根据权利要求1所述的一种环氧树脂复合材料的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
