CN102617984A - 一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料，改性环氧树脂基体材料由环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比为100∶30∶0.1～2∶10～40配制；改性环氧树脂基复合材料由玻璃纤维布内部浸有，表面涂覆改性环氧树脂基体材料，在压机上压制后再经后固化处理制得；其制备步骤是：先将环氧树脂、碳纳米管与增韧剂充分混合形成分散溶液，然后加入固化剂形成改性环氧树脂基体材料；再将其涂覆于玻璃纤维布上，使玻璃纤维布获得充分浸渍；之后放入压机进行压制，并经后固化处理得到改性环氧树脂基体材料基复合材料。该改性环氧树脂基复合材料具有力学性能好，同时改善层间剪切性能的双重优点。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料。
背景技术
玻璃纤维复合材料是以玻璃纤维为增强相，聚合物为基体构成的纤维增强树脂基复合材料。由于其比强度高、比刚度高，可设计性强等特点，在航空航天领域等方面，玻璃纤维增强复合材料有着重要的应用。同时也在机械、化工、交通运输、建筑、体育用品等行业中得到积极地开发和利用。随着时代的发展，对于高性能的玻璃纤维复合材料需求也越来越大。
环氧树脂基体材料的性能对于玻璃纤维复合材料的性能有较大的影响，因而提高环氧树脂的性能对于高性能玻璃纤维复合材料有重要意义。已有文献报道纳米填料(蒙脱土、碳纳米管等)可以提高改善环氧树脂的性能，但是关于使用碳纳米管和增韧剂同时改性环氧树脂，并将改性环氧树脂用于玻璃纤维复合材料的报道还很少见。
在玻璃纤维复合材料的制备中，模压成型是一种重要的成型手段。一般的制备方法都涉及到使用挥发性的溶剂，形成稀释的树脂溶液来进行浸渍。然后将溶剂蒸发掉，进而进行模压。如中国专利“一种热固性树脂玻纤层压复合材料及其制备方法”提及使用丙酮作为低沸点极性溶剂。挥发性的溶剂会对实际的生产和环境造成一定的危害，使用无溶剂的基体树脂可以避免这个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料，改性环氧树脂基复合材料拥有较好的力学性能，与此同时具备高的层间剪切强度。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的改性环氧树脂基体材料，其为由环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比100∶30∶0.1～2∶10～40混合而成的混合溶液；
所述的环氧树脂为下述结构式的双酚F型环氧树脂：
所述的固化剂为由3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺按重量份配比76∶24的比例混配而成的混合物；
所述的增韧剂为下述结构式的正丁基缩水甘油醚：
本发明提供的改性环氧树脂基复合材料，其特征在于，其由玻璃纤维构成的玻璃纤维布和涂覆于所述玻璃纤维表面并浸透所述玻璃纤维的改性环氧树脂基体材料组成；所述改性环氧树脂基体材料为由环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比100∶30∶0.1～2∶10～40混合而成的混合溶液；
所述的环氧树脂为下述结构式的双酚F型环氧树脂：
所述的固化剂为由3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺按重量份配比76∶24的比例混配而成的混合物；
所述的增韧剂为下述结构式的正丁基缩水甘油醚：
所述的玻璃纤维布为多层。
本发明提供的改性环氧树脂基复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)将环氧树脂、碳纳米管与增韧剂充分混合形成分散溶液，然后加入固化剂形成改性环氧树脂基体材料；所述环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比为100∶30∶0.1～2∶10～40；
所述的环氧树脂为下述结构式的双酚F型环氧树脂：
所述的固化剂由3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺按重量份配比76∶24的比例混配而成的混合物；所述3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺的结构式分别为下：
所述的增韧剂为下述结构式的正丁基缩水甘油醚：
2)将步骤1)的所述改性环氧树脂基体材料涂覆于玻璃纤维布上，并使玻璃纤维布获得充分浸渍；
3)将经充分浸渍及涂覆的玻璃纤维布放入压机进行压制，并经后固化处理得到改性环氧树脂基体材料基复合材料。所述的玻璃纤维布为多层。
所述步骤3)的所述压制条件为140℃恒温30min，然后加压5MPa维持50min。
所述步骤3)的所述后固化条件为130℃，恒温10h。
本发明的改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基复合材料具有如下优点：
1、本发明的改性环氧树脂基复合材料中的环氧树脂使用碳纳米管和增韧剂同时改性，其粘度低，利于玻璃纤维的充分浸渍；
2、本发明提供的改性环氧树脂基复合材料具有较好的力学性能，同时具备高的层间剪切性能，能够在更大程度上满足实际的工程设计需要；
3、本发明改性环氧树脂基复合材料的制备过程中无需添加挥发性溶剂，避免了溶剂挥发造成的危害，更加的低毒环保。
5、本发明改性环氧树脂基复合材料的制备方法简单易行，容易加工生产。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步阐述。实施实例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 0.1重量份；
增韧剂 10重量份；
玻璃纤维布
首先，将环氧树脂与增韧剂、碳纳米管混合均匀，加入固化剂后60℃混合均匀，得改性环氧树脂基体材料(环氧树脂混合溶液)，备用；所述固化剂选用美国Albemarle公司产ETHACURE-100；所述环氧树脂为陶氏公司产DER-354酚F型环氧树脂。
然后，将玻璃纤维布裁成尺寸为25cm×25cm方块；此时将纤维布逐层铺叠，并用预先配制好的环氧树脂混合溶液用毛刷将树脂涂覆于玻璃纤维布(并使之浸透)上；之后，将铺叠好的玻璃纤维布放入模具，在平板硫化机上进行热压处理；压制条件为140℃恒温30min，然后加压50min，压力为5MPa；压制完成后，自然冷却；最后，于130℃进行后固化处理10h，得本实施例的改性环氧树脂基复合材料。
本实施例所得改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度为403.88MPa，拉伸模量为22.56GPa，弯曲强度为660.68MPa，弯曲模量为23.45GPa，层间剪切强度为35.37MPa；说明本实施例的得到的具有较好的力学性能和层间剪切性能。
下述的实施例2至实施例7的制备步骤与实施例1相同，只是各组成的配比不同。
实施例2
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 0.5重量份；
增韧剂 10重量份；
玻璃纤维布
本实施例所制得的改性环氧树脂基复合材料拉伸强度为454.20MPa，拉伸模量为24.27GPa，弯曲强度为686.44MPa，弯曲模量为24.58GPa，层间剪切强度为41.46MPa；说明本实施例的得到的具有较好的力学性能和层间剪切性能。
实施例3
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 1重量份；
增韧剂 10重量份；
玻璃纤维布
所制得的改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度为379.34MPa，拉伸模量为23.25GPa，弯曲强度为598.63MPa，弯曲模量为23.16GPa，层间剪切强度为34.69MPa。
实施例4
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 2重量份；
增韧剂 10重量份；
玻璃纤维布
所制得的改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度为369.34MPa，拉伸模量为22.20GPa，弯曲强度为585.43MPa，弯曲模量为22.15GPa，层间剪切强度为33.05MPa。
实施例5
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 0.1重量份；
增韧剂 30重量份；
玻璃纤维布
本实施例所得改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度为399.68MPa，拉伸模量为21.08GPa，弯曲强度为640.38MPa，弯曲模量为21.23GPa，层间剪切强度为36.58MPa；说明本实施例的得到的具有较好的力学性能和层间剪切性能。
实施例6
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 0.5重量份；
增韧剂 30重量份；
玻璃纤维布
本实施例所制得的改性环氧树脂基复合材料拉伸强度为468.29MPa，拉伸模量为25.27GPa，弯曲强度为696.34MPa，弯曲模量为25.68GPa，层间剪切强度为45.46MPa；说明本实施例的得到的具有较好的力学性能和层间剪切性能。
实施例7
原料及用量为：
环氧树脂 100重量份；
固化剂 30重量份；
碳纳米管 2重量份；
增韧剂 40重量份；
玻璃纤维布
本实施例所制得的改性环氧树脂基复合材料拉伸强度为438.39MPa，拉伸模量为26.37GPa，弯曲强度为656.27MPa，弯曲模量为26.66GPa，层间剪切强度为42.36MPa；说明本实施例的得到的具有较好的力学性能和层间剪切性能。
Claims (7)
1.一种改性环氧树脂基体材料，其为由环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比100∶30∶0.1～2∶10～40混合而成的混合溶液；
所述的环氧树脂为下述结构式的双酚F型环氧树脂：
所述的固化剂为由3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺按重量份配比76∶24的比例混配而成的混合物；
所述的增韧剂为下述结构式的正丁基缩水甘油醚：
2.一种改性环氧树脂基复合材料，其特征在于，其由玻璃纤维构成的玻璃纤维布和涂覆于所述玻璃纤维布表面并浸透所述玻璃纤维布的改性环氧树脂基体材料组成；所述改性环氧树脂基体材料为由环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比100∶30∶0.1～2∶10～40混合而成的混合溶液；
所述的环氧树脂为下述结构式的双酚F型环氧树脂：
所述的固化剂为由3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺按重量份配比76∶24的比例混配而成的混合物；
所述的增韧剂为下述结构式的正丁基缩水甘油醚：
3.按权利要求2所述的改性环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述的玻璃纤维布为多层。
4.一种权利要求2所述的改性环氧树脂基复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)将环氧树脂、碳纳米管与增韧剂充分混合形成分散溶液，然后加入固化剂形成改性环氧树脂基体材料；所述环氧树脂、固化剂、碳纳米管与增韧剂按重量份配比为100∶30∶0.1～2∶10～40；
所述的环氧树脂为下述结构式的双酚F型环氧树脂：
所述的固化剂由3，5二乙基-2，4-甲苯二胺与3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺按重量份配比76∶24的比例混配而成的混合物；
所述的增韧剂为下述结构式的正丁基缩水甘油醚：
2)将步骤1)的所述改性环氧树脂基体材料涂覆于玻璃纤维布上，并使玻璃纤维布获得充分浸渍；
3)将经充分浸渍及涂覆的玻璃纤维布放入压机进行压制，并经后固化处理得到改性环氧树脂基复合材料。
5.如权利要求4所述的改性环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的所述压制条件为140℃恒温30min，然后加压5MPa维持50min。
6.如权利要求4所述的改性环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的所述后固化条件为130℃，恒温10h。
7.按权利要求4所述的改性环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的玻璃纤维布为多层。
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