技术领域
[0001] 本申请涉及碳纤维复合材料领域，更具体地说，它涉及一种碳纤维复合材料及其拉丝工艺及应用。
相关背景技术
[0002] 高尔夫球地垫，又被称为高尔夫垫或草垫，是高尔夫球场中不可或缺的辅助工具。它主要用于保护草皮，防止高尔夫球陷入地面，为球员提供一个稳定的击球表面，并降低对草坪的损伤。高尔夫球地垫的材质对其性能和寿命有着至关重要的影响。
[0003] 传统的高尔夫球地垫材料主要包括塑料、橡胶和毛毡等。然而，这些传统材料存在一些缺点。由于其较低的抗拉强度和耐磨性，这些材料容易受到外力的损坏。特别是在高尔夫球杆击球时，地垫材料会受到强大的作用力，这种冲击力很容易导致地垫材料的损坏，如刷丝断裂、脱落等。此外，传统地垫材料的抗紫外线性能较差，长时间暴露在阳光下容易老化，这不仅影响了其使用寿命，还可能使其性能下降。
[0004] 因此，寻找更耐用、强度更高的新型地垫材料成为了迫切的需求，使得高尔夫地垫能够更好地承受高尔夫球杆的冲击力，提高地垫的使用寿命。
具体实施方式
[0024] 以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
[0025] 氧化改性石墨烯的制备例制备例1
A1、在0℃环境下将60kg石墨烯粉末、30kg硝酸钠和10kg浓硫酸在反应容器中混合，通过机械搅拌器搅拌均匀，得到混合液；
A2、将24kg高锰酸钾以5kg/min的添加速度缓慢加入混合液中，搅拌均匀后得到反应液，将对反应容器进行加热，使得反应液升温至35℃±2℃并保温，静置反应7h，反应完成后反应液呈现深棕色且粘稠状，再加入100kg蒸馏水，开启加热使反应液升温至93℃±2℃并搅拌30min后停止加热，自然降温；
A3、降温至70℃±2℃时，反应液中加入100kg蒸馏水以及15kg的双氧水，搅拌均匀后静置2h；
A4、将静置后的反应液进行离心分离，收集固体物质并采用去离子水清洗，再将固体物质在‑5℃下进行冷冻干燥，即可得到氧化石墨烯。
[0026] 制备例2A1、在0℃环境下将50kg石墨烯粉末、30kg硝酸钠和10kg浓硫酸在反应容器中混合，通过机械搅拌器搅拌均匀，得到混合液；
A2、将20kg高锰酸钾以5kg/min的添加速度缓慢加入混合液中，搅拌均匀后得到反应液，将对反应容器进行加热，使得反应液升温至35℃±2℃并保温，静置反应7h，反应完成后反应液呈现深棕色且粘稠状，再加入90kg蒸馏水，开启加热使反应液升温至93℃±2℃并搅拌30min后停止加热，自然降温；
A3、降温至70℃±2℃时，反应液中加入90kg蒸馏水以及13.5kg的双氧水，搅拌均匀后静置2h；
A4、将静置后的反应液进行离心分离，收集固体物质并采用去离子水清洗，再将固体物质在‑5℃下进行冷冻干燥，即可得到氧化石墨烯。
[0027] 制备例3A1、在0℃环境下将70kg石墨烯粉末、30kg硝酸钠和10kg浓硫酸在反应容器中混合，通过机械搅拌器搅拌均匀，得到混合液；
A2、将28kg高锰酸钾以5kg/min的添加速度缓慢加入混合液中，搅拌均匀后得到反应液，将对反应容器进行加热，使得反应液升温至35℃±2℃并保温，静置反应7h，反应完成后反应液呈现深棕色且粘稠状，再加入110kg蒸馏水，开启加热使反应液升温至93℃±2℃并搅拌30min后停止加热，自然降温；
A3、降温至70℃±2℃时，反应液中加入110kg蒸馏水以及16.5kg的双氧水，搅拌均匀后静置2h；
A4、将静置后的反应液进行离心分离，收集固体物质并采用去离子水清洗，再将固体物质在‑5℃下进行冷冻干燥，即可得到氧化石墨烯。
[0028] 改性环氧树脂的制备例制备例4
B1、将100kg SST‑2331环氧树脂和60kg丙二醇单甲基醚放入容器中，在110℃±5℃下采用机械搅拌机搅拌40min；
B2、向容器中加入25kg聚乙二醇胺和3kg二乙二胺，在120℃±5℃下反应5h，反应完成后得到改性环氧树脂。
[0029] 制备例5B1、将100kgSST‑2331环氧树脂和60kg丙二醇单甲基醚放入容器中，在110℃±5℃下采用机械搅拌机搅拌40min；
B2、向容器中加入20kg聚乙二醇胺和3kg二乙二胺，在120℃±5℃下反应5h，反应完成后得到改性环氧树脂。
[0030] 制备例6B1、将100kgSST‑2331环氧树脂和60kg丙二醇单甲基醚放入容器中，在110℃±5℃下采用机械搅拌机搅拌40min；
B2、向容器中加入30kg聚乙二醇胺和3kg二乙二胺，在120℃±5℃下反应5h，反应完成后得到改性环氧树脂。
[0031] 改性聚碳酸酯树脂的制备例制备例7
将100kg聚对苯二甲酸碳酸酯和1.5kg聚苯二异氰酸酯放入容器中，在230℃±5℃下反应4h，得到改性聚碳酸酯树脂。
[0032] 制备例8将100kg聚对苯二甲酸碳酸酯和0.5kg聚苯二异氰酸酯放入容器中，在230℃±5℃下反应4h，得到改性聚碳酸酯树脂。
[0033] 制备例9将100kg聚对苯二甲酸碳酸酯和2.5kg聚苯二异氰酸酯放入容器中，在230℃±5℃下反应4h，得到改性聚碳酸酯树脂。
实施例
[0034] 实施例1一种碳纤维复合材料的拉丝工艺：
S1、混合过程：将10kgSST‑2331环氧树脂、20kg聚对苯二甲酸碳酸酯和30kg碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；
S2、预处理过程：加入5kgγ‑三氟丙基甲基聚硅氧烷、5kg氧化改性石墨烯和1kg助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃；
S3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为300℃；
S4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.3m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备刷毛。
[0035] 其中，氧化改性石墨烯由制备例1制得；助剂为50％的聚酰胺酸酯和50％的聚四氟乙烯；碳纤维直径为5‑10μm，长度为0.5‑1.5mm。
[0036] 实施例2一种碳纤维复合材料的拉丝工艺：
S1、混合过程：将20kgSST‑2331环氧树脂、30kg聚对苯二甲酸碳酸酯和50kg碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；
S2、预处理过程：加入15kgγ‑三氟丙基甲基聚硅氧烷、15kg氧化改性石墨烯和
10kg助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃；
S3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为300℃；
S4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.3m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备刷毛。
[0037] 其中，氧化改性石墨烯由制备例1制得；助剂为50％的聚酰胺酸酯和50％的聚四氟乙烯；碳纤维直径为5‑10μm，长度为0.5‑1.5mm。
[0038] 实施例3一种碳纤维复合材料的拉丝工艺：
S1、混合过程：将15kgSST‑2331环氧树脂、25kg聚对苯二甲酸碳酸酯和40kg碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；
S2、预处理过程：加入10kgγ‑三氟丙基甲基聚硅氧烷、10kg氧化改性石墨烯和5kg助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃；
S3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为300℃；
S4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.3m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备刷毛。
[0039] 其中，氧化改性石墨烯由制备例1制得；助剂为50％的聚酰胺酸酯和50％的聚四氟乙烯；碳纤维直径为5‑10μm，长度为0.5‑1.5mm。
[0040] 实施例4一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例3的不同之处在于：其中，氧化改性石墨烯由制备例2制得。
[0041] 实施例5一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例3的不同之处在于：其中，氧化改性石墨烯由制备例3制得。
[0042] 实施例6一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例3的不同之处在于：其中，环氧树脂为改性环氧树脂，改性环氧树脂由制备例4制得。
[0043] 实施例7一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例3的不同之处在于：其中，环氧树脂为改性环氧树脂，改性环氧树脂由制备例5制得。
[0044] 实施例8一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例3的不同之处在于：其中，环氧树脂为改性环氧树脂，改性环氧树脂由制备例6制得。
[0045] 实施例9一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例6的不同之处在于：其中，聚碳酸酯树脂为改性聚碳酸酯树脂，改性聚碳酸酯树脂由制备例7制得。
[0046] 实施例10一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例6的不同之处在于：其中，聚碳酸酯树脂为改性聚碳酸酯树脂，改性聚碳酸酯树脂由制备例8制得。
[0047] 实施例11一种碳纤维复合材料的拉丝工艺，与实施例6的不同之处在于：其中，聚碳酸酯树脂为改性聚碳酸酯树脂，改性聚碳酸酯树脂由制备例9制得。
[0048] 对比例对比例1
一种碳纤维复合材料的拉丝工艺：
S1、混合过程：将15kg环氧树脂、25kg聚碳酸酯树脂和40kg碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；
S2、预处理过程：加入10kgγ‑三氟丙基甲基聚硅氧烷、10kg石墨烯和5kg助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃；
S3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为300℃；
S4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.3m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备刷毛。
[0049] 其中，氧化改性石墨烯由制备例1制得；助剂为50％的聚酰胺酸酯和50％的聚四氟乙烯；碳纤维直径为5‑10μm，长度为0.5‑1.5mm。
[0050] 对比例2一种碳纤维复合材料的拉丝工艺：
S1、混合过程：将15kg环氧树脂、25kg聚碳酸酯树脂和40kg碳纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；
S2、预处理过程：加入10kgγ‑三氟丙基甲基聚硅氧烷和5kg助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃；
S3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为300℃；
S4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.3m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备刷毛。
[0051] 其中，氧化改性石墨烯由制备例1制得；助剂为50％的聚酰胺酸酯和50％的聚四氟乙烯；碳纤维直径为5‑10μm，长度为0.5‑1.5mm。
[0052] 对比例3一种碳纤维复合材料的拉丝工艺：
S1、混合过程：将15kg环氧树脂、25kg聚碳酸酯树脂和40kg尼龙纤维进行混合，在混合器中进行，以确保各组分混合均匀；
S2、预处理过程：加入10kgγ‑三氟丙基甲基聚硅氧烷、10kg氧化改性石墨烯和5kg助剂在混合器中继续混合，并加热处理，温度为260℃；
S3、挤出成型：在挤出成型时，使用配有挤出机头的注塑机进行，挤压温度为300℃；
S4、拉丝：在拉丝工艺中，使用带有恒温装置的拉丝机进行，拉丝速度为0.3m/s，拉丝温度为280℃；拉丝完成后，将细丝状材料定长切割，制备刷毛。
[0053] 其中，氧化改性石墨烯由制备例1制得；助剂为50％的聚酰胺酸酯和50％的聚四氟乙烯；尼龙纤维直径为5‑10μm，长度为0.5‑1.5mm。
[0054] 性能检测试验测试方法
耐磨性能测试：使用模拟摩擦测试仪，载荷500g，测试时间为1000次，采用双向刮擦方式；记录测试结束时样品重量，计算磨耗损失和摩擦系数；
热稳定性测试：使用热重分析仪，在空气中以升温速率为10℃/min的条件下进行热重分析，记录材料的熔点；
刚性和机械强度测试：使用万能材料试验机，在机械性能试验标准要求的测试温度和湿度下，分别进行拉伸和弯曲试验，计算材料的弹性模量和伸长率。
[0055] 表1测试数据统计结合实施例3和对比例1‑2并结合表1可以看出，氧化改性石墨烯具有较高的强度和刚性，能够增强复合材料的强度和刚性。因此，在毛刷中使用这种碳纤维复合材料，可以提高刷丝的强度和耐久性，使其更能承受球杆运动的冲击和压力。氧化改性石墨烯能够提高复合材料的耐磨性能。在高尔夫比赛中，球员经常需要擦拭高尔夫球，而使用这种氧化改性石墨烯制成的毛刷，可以有效地清洁球面并提高球的飞行性能，同时也能够抵抗磨损，延长毛刷的使用寿命。氧化改性石墨烯能够增加复合材料的稳定性，提高其抗变形和抗老化能力。这样，在长时间的使用中，刷丝仍能保持良好的性能和形状，不易断裂或变形。
[0056] 结合实施例3和对比例3并结合表1可以看出，碳纤维具有极高的强度和刚度，是一种非常坚固而坚硬的纤维。相较之下，尼龙纤维的强度和刚度较低。因此，在碳纤维复合材料中使用碳纤维可以显著提高刷丝材料的强度和刚度，使其更耐用并具有较好的抗压和抗冲击性能。碳纤维具有出色的耐磨性，能够有效抵抗摩擦和磨损。相较之下，尼龙纤维的耐磨性较差。因此，在刷丝材料中使用碳纤维可以增加刷丝的使用寿命和耐久性，减少因频繁使用和摩擦而导致的刷丝损坏和断裂。
[0057] 结合实施例1‑3并结合表1可以看出，通过控制碳纤维、环氧树脂、聚碳酸酯树脂、氧化改性石墨烯、硅橡胶和助剂的配比，可以制得性能更高的碳纤维复合材料，其中实施例3的配比为最优。
[0058] 结合实施例3‑5并结合表1可以看出，通过调整氧化改性石墨烯的制备方法，可以进一步提高刷丝的强度和耐久性。
[0059] 结合实施例6‑11并结合表1可以看出，经过改性的环氧树脂具有更好的耐磨性能，能够增加毛刷的使用寿命。通过添加丙二醇单甲基醚和聚乙二醇胺等物质，改性环氧树脂可以提供更好的柔韧性。改性环氧树脂具有较好的耐温性能，可以在较高温度下保持稳定性。经过改性的聚碳酸酯树脂能够提供更高的强度和硬度，从而增强毛刷的耐久性和稳定性。改性聚碳酸酯树脂通常具有较好的耐高温性能，能够在较高温度下保持稳定。
[0060] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
