CN104119640B - 适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物及其制备方法。该高强高韧环氧树脂组合物由具有高环氧值的多官能度环氧树脂、低粘度的双酚A聚醚环氧树脂、高性能热塑性树脂以及固体固化剂组成。本发明的高强高韧环氧树脂组合物配方灵活,制备工艺简单,粘度可调,尤其适合热熔法制备预浸料,而且固化物具有高强度、高韧性的特点,可得到具有高机械特性的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物及其制备方法。
背景技术
近年来,使用碳纤维制备的增强复合材料因其高比强度、高比模量等优点被广泛用于飞机及汽车的结构材料、网球拍、高尔夫球杆等运动器械以及普通产业用途等领域。上述碳纤维增强复合材料70%以上是应用预浸料铺迭固化而成,所述预浸料是在增强纤维中浸渍未固化的热固性树脂如环氧树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂等基体树脂制成的片状中间体,考虑到成本、工艺性及复合材料的综合性能,通常采用环氧树脂作为该预浸料中使用的基体树脂。
预浸料的制备方法有干法及湿法两种,其中干法即热熔法由于不使用挥发性溶剂,相比湿法而言具有许多突出的优点:(1)环境污染小;(2)生产效率高;(3)预浸料中树脂含量的控制精度更高;(4)复合材料力学性能更好,特别是湿热性能大大改善;(5)挥发分含量低。因此热熔法是目前制备高性能碳纤维增强复合材料的主流发展方向。但是热熔法对于制备预浸料的设备要求高,而且对于用作胶膜的基体树脂有着非常严格的要求,基体树脂的工艺性能(储存期、黏度、加工窗口等)控制非常重要。如果树脂粘度太低,容易形成树脂堆积与贫胶,难以得到均匀胶膜;而粘度过高,需要更高的浸渍温度,树脂不仅很难完全浸透纤维,而且存在暴聚的危险。
环氧树脂作为基体树脂,其性能对于复合材料的整体性能有着决定性的影响。由于环氧树脂固化后交联密度高,其固化物存在着韧性差,耐疲劳和冲击强度低等缺点,由此导致纤维增强复合材料的冲击后压缩强度、层间剪切强度较低,因此对环氧树脂进行增韧改性,从而达到改善纤维复合材料的性能是非常必要的。
本发明着眼于解决以上提到的关于环氧树脂的工艺性能、增韧等问题,提供一种粘度可调,具有良好工艺性、高强度高韧性的环氧树脂组合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物。
本发明的另一目的在于提供适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物的制备方法。
本发明的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物是由以下四个组分组成:
多官能度环氧树脂
双酚A聚醚环氧树脂
高性能热塑性树脂
固体固化剂
所述的多官能度环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的10~80,所述的双酚A聚醚环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的20~90;所述的高性能热塑性树脂的用量为所述的多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的0~30份(优选为5~30份);所述的固体固化剂的用量为按固体固化剂中的活泼氢与多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂中的总环氧基的化学计量比计的0.6~1.2倍。
所述的多官能度环氧树脂为高强高韧环氧树脂组合物提供高的模量及耐热性。所述的多官能度环氧树脂选自对氨基苯酚三缩水甘油基环氧树脂、4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂等中的一种或几种。
所述的双酚A聚醚环氧树脂具有如下结构(结构中的m与n任意一个可为0):
所述的双酚A聚醚环氧树脂具有低粘度、高韧性的优点,以R=H,m+n=2.25的双酚A聚醚环氧树脂为例,其25℃粘度为1800cp,经4,4’-二氨基二苯甲烷固化后,固化物的冲击强度高达60kJ/m2。所述双酚A聚醚环氧树脂的固化活性相比常用的双酚A环氧树脂要低一些。所述双酚A聚醚环氧树脂能起到增加韧性、调节粘度、延长储存期等作用。
所述的双酚A聚醚环氧树脂是由具有以下结构的双酚A聚醚醇(结构中的m与n任意一个可为0)与环氧氯丙烷反应制得:
由于双酚A聚醚醇的酸性小于双酚A,因此常用的制备双酚A环氧树脂的方法不适于制备本发明的双酚A聚醚环氧树脂;此外由于芳香族聚醚多为固态或高粘度液体,并且在常用的有机溶剂中溶解性不好,也不适宜采用传统的制备脂肪醇缩水甘油醚用的路易斯酸作为开环反应的催化剂。因此本发明中使用固体碱作为催化剂,并采用一种非质子极性溶剂作为助溶剂制备双酚A聚醚环氧树脂。本发明在制备过程中所用的固体碱催化剂为I族金属元素的氢氧化物,如氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾等,其中优选的固体催化剂为氢氧化钠;助溶剂优选为二甲基亚砜。
所述的双酚A聚醚环氧树脂的制备方法为:
按反应物双酚A聚醚醇的摩尔数计,在惰性气体(如氮气)气氛中,将1摩尔的双酚A聚醚醇、2~30摩尔的环氧氯丙烷(优选使用5~20摩尔的环氧氯丙烷)以及0.1~4摩尔的助溶剂混合,加热溶解后,分批加入2~6摩尔的固体碱催化剂(优选加入2~4摩尔的固体碱催化剂),每次加入的固体碱催化剂的量视反应放热量而定,以不超过加入前的反应温度20℃为宜;在反应温度为45~90℃(优选反应温度为50~70℃)下进行反应,反应时间为5~20小时(优选反应时间为7~12小时);反应结束后加入去离子水洗涤至水相呈中性;然后分离出有机相,在温度为90~120℃及压力为1~10mmHg下减压蒸馏去除有机相中的挥发份后得到的液体即为本发明所述的双酚A聚醚环氧树脂。
上述的制备方法中所述的固体碱催化剂为I族金属元素的氢氧化物,如氢 氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾等,其中优选的固体催化剂为氢氧化钠。为了降低反应过程中副产物生成并提高产率,所述的固体碱催化剂不是一次性加入,而是分批加入的,每次加入量根据加入后反应放热量而定。
所述的助溶剂为一种非质子极性溶剂,如选自四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜等中的一种或几种,其中优选为二甲基亚砜。使用该助溶剂能够显著提高双酚A聚醚醇的反应程度,提高产率并使得水洗步骤更易处理。
上述的制备方法的操作步骤简单,生产周期短,得到的双酚A聚醚环氧树脂产率高,粘度低,产物实际环氧值几乎与理论环氧值相同。
所述的高性能热塑性树脂,例如选自聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚砜、聚酰亚胺等中的一种或几种,均可加入到所述的高强高韧环氧树脂组合物中作为增韧剂起到进一步增韧的作用,并且可以调节所述的高强高韧环氧树脂组合物的流变性质。
所述的固体固化剂,考虑到耐热性及力学强度的要求,优选固体芳香胺类固化剂;进一步考虑到所述的高强高韧环氧树脂组合物工艺性能的要求,优选固体芳香胺类固化剂选自4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基二苯醚、间苯二胺等中的一种或几种。
本发明的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的高强高韧环氧树脂组合物的制备方法按下述步骤进行:
(1)将多官能度环氧树脂与部分双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入高性能热塑性树脂,在温度为120~180℃及惰性气体保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将剩余部分的双酚A聚醚环氧树脂与固体固化剂在高速搅拌机中搅拌混合(优选搅拌速度为1000~3000r/min),搅拌温度范围为40~110℃,使固体固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中得到充分的均匀分散,得到混合物;
(3)将步骤(1)与步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行搅拌混合(优选搅拌速度为1000~3000r/min),搅拌温度范围为50~100℃,经过充分混合后得到所述的高强高韧环氧树脂组合物。
所述的多官能度环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的10~80,所述的双酚A聚醚环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的20~90;所述的高性能热塑性树脂的用量为所述的多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的0~30份(优选为5~30份);所述的固体固化剂的用量为按固体固化剂中的活泼氢与多官能度环氧树 脂和双酚A聚醚环氧树脂中的总环氧基的化学计量比计的0.6~1.2倍。
本发明通过以上方法制备的高强高韧环氧树脂组合物中的固体固化剂充分地均匀分散而不是溶解于所述的高强高韧环氧树脂组合物中,因此所述的的高强高韧环氧树脂组合物在室温下具有较长时间的储存期,而且对于所述的的高强高韧环氧树脂组合物的粘度控制非常有利。
所述的高强高韧环氧树脂组合物具有良好的工艺性,固化物具有高强度高韧性的优点,由其制备的碳纤维复合材料具备高耐冲击性、高力学强度、良好耐热性等,适于制造飞行器结构件、燃料储箱等。
本发明具有以下优点:(1)所制备的本发明的高强高韧环氧树脂组合物固化后具有高强度、高韧性及良好的耐热性;(2)所制备的本发明的高强高韧环氧树脂组合物具有非常良好的工艺性能,通过调节各组分比例可实现较大范围内粘度可调,并且所述的高强高韧环氧树脂组合物在室温下具有较长时间的储存期。该所述的高强高韧环氧树脂组合物适合干湿法,特别是热熔法制备纤维增强复合材料预浸料,以其作为基体树脂制备的碳纤维增强复合材料具有突出的耐冲击性、高强度以及良好的耐热性。
附图说明
图1.本发明实施例1的双酚A聚醚醇DGEBAPO-2的核磁氢谱。
图2.本发明实施例2的双酚A聚醚醇DGEBAPO-4的核磁氢谱。
图3.本发明实施例3的双酚A聚醚醇DGEBAEO-2.25的核磁氢谱。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来进一步说明本发明,但本发明不局限于以下的实施例。
实施例1
在装有机械搅拌,回流冷凝管,温度计及氮气导气管的250ml三口瓶中加入34.4g结构式如下所示的双酚A聚醚醇,92.5g环氧氯丙烷以及13g二甲基亚砜,在氮气气氛中,加热至60℃使双酚A聚醚醇在环氧氯丙烷中溶解完全之后加入2g氢氧化钠固体,开始反应,然后每隔0.5小时加入2g氢氧化钠固体,共加入4次;反应3.5小时后再加入4g氢氧化钠,接着反应3小时后结束反应(共反应8小时)。反应结束后,向反应体系中加入去离子水水洗,洗涤水相至中性;然后分离出有机相并在100℃及3mmHg下减压蒸馏去除有 机相中的挥发份,得到如下结构的双酚A聚醚环氧树脂41g,产率90%,产物结构分析如图1核磁氢谱所示。产物环氧值为0.41,25℃下粘度为1200cp。
实施例2
在装有机械搅拌,回流冷凝管,温度计及氮气导气管的250ml三口瓶中加入46g结构式如下所示的双酚A聚醚醇,111g环氧氯丙烷以及16g二甲基亚砜,在氮气气氛中,加热至70℃使双酚A聚醚醇在环氧氯丙烷中溶解完全之后加入3g氢氧化钠固体,开始反应,然后每隔0.5小时加入3g氢氧化钠固体,共加入4次,反应2.5小时后再加入4g氢氧化钠,接着反应3小时后结束反应(共反应7小时)。反应结束后,向反应体系中加入去离子水水洗,洗涤水相至中性;然后分离出有机相并在100℃及3mmHg下减压蒸馏去除有机相中的挥发份,得到如下结构的双酚A聚醚环氧树脂50g,产率87%,产物结构分析如图2核磁氢谱所示。产物环氧值为0.33,25℃下粘度为800cp。
实施例3
在装有机械搅拌,回流冷凝管,温度计及氮气导气管的2000ml三口瓶中加入262g结构式如下所示的双酚A聚醚醇,740g环氧氯丙烷以及100g二甲基亚砜,在氮气气氛中,加热至50℃使双酚A聚醚醇在环氧氯丙烷中溶解完全之后加入16g氢氧化钠固体,开始反应,然后每隔1小时加入16g氢氧化钠固体,共加入4次,反应2小时后再加入32g氢氧化钠,接着反应2小时后结束反应(共反应7小时)。反应结束后,向反应体系中加入去离子水水洗,洗涤水相至中性;然后分离出有机相并在100℃及3mmHg下减压蒸馏去除有机相中的挥发份,得到如下结构的双酚A聚醚环氧树脂323g,产率92%,产物结构分析如图3核磁氢谱所示。产物环氧值为0.44,25℃下粘度为1800cp。
对比例
将20g聚醚砜加入到100g4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂中,在温度为150℃及氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;降温至120℃,加入53g的4,4’-二氨基二苯砜固化剂,加热溶解后混合均匀得到透明溶液。取部分透明溶液测试其升温流变性能,粘度变化如表1,剩余透明溶液进行真空脱泡后浇注于四氟模具中。将模具置于烘箱中,并在150℃下固化3小时,然后在200℃下固化3小时。固化结束后缓慢冷却至室温,脱离模具后得到红色透明、表面光滑的固化物。固化物的拉伸、弯曲及冲击性能见表2。
固化物的性能测试方法:
将固化物制得的样条,采用INSTRON3365万能试验机(美国Instron公 司)进行拉伸、弯曲测试。拉伸夹具间距为40mm,试验速度为2mm/min,弯曲跨距为64mm,试验速度为2mm/min。冲击强度采用承德精密试验机有限公司生产的JC-25简支梁冲击试验机进行无缺口冲击试验,样条尺寸为80mm×10mm×4mm。
实施例4
(1)将80g4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂与5g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入20g聚醚砜,在温度为150℃且在氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将15g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与47g的4,4’-二氨基二苯砜固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中充分的均匀分散,得到混合物;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步的搅拌混合,搅拌温度范围为80℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合后得到高强高韧环氧树脂组合物。
将上述制备的高强高韧环氧树脂组合物在120℃下搅拌直至4,4’-二氨基二苯砜完全溶解得到透明的溶液。取部分透明溶液测试其升温流变性能,粘度变化如表1,剩余透明溶液进行真空脱泡后浇注于四氟模具中。将模具置于烘箱中并在150℃下固化3小时,然后在200℃下固化3小时。固化结束后缓慢冷却至室温,脱离模具后得到红色透明、表面光滑的固化物。固化物的拉伸、弯曲及冲击性能见表2。
固化物的性能测试方法如对比例。
实施例5
(1)将55g4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂与25g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入20g聚醚砜,在温度为150℃且在氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将20g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与41g的4,4’-二氨基二苯砜固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中充分的均匀分散,得到混合物;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步搅拌混合,搅拌温度范围为70℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合 后得到高强高韧环氧树脂组合物。
将上述制备的高强高韧环氧树脂组合物在120℃下搅拌直至4,4’-二氨基二苯砜完全溶解得到透明的溶液。取部分透明溶液测试其升温流变性能,粘度变化如表1,剩余透明溶液进行真空脱泡后浇注于四氟模具中。将模具置于烘箱中并在150℃下固化3小时,然后在200℃下固化3小时。固化结束后缓慢冷却至室温,脱离模具后得到红色透明、表面光滑的固化物。固化物的拉伸、弯曲及冲击性能见表2。
固化物的性能测试方法如对比例。
实施例6
(1)将45g4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂与30g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入20g聚醚砜,在温度为150℃且在氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将25g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与37g的4,4’-二氨基二苯砜固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中充分的均匀分散,得到混合物;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步搅拌混合,搅拌温度范围为60℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合后得到高强高韧环氧树脂组合物。
将上述制备的高强高韧环氧树脂组合物在120℃下搅拌直至4,4’-二氨基二苯砜完全溶解得到透明的溶液。取部分透明溶液测试其升温流变性能,粘度变化如表1,剩余透明溶液进行真空脱泡后浇注于四氟模具中。将模具置于烘箱中并在150℃下固化3小时,然后在200℃下固化3小时。固化结束后缓慢冷却至室温,脱离模具后得到红色透明、表面光滑的固化物。固化物的拉伸、弯曲及冲击性能见表2。
固化物的性能测试方法如对比例。
实施例7
(1)将45g4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂与30g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂在温度为80℃且在氮气保护下进行加热混合,得到透明均匀的混合物;
(2)将25g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与37g的4,4’-二氨 基二苯砜固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中充分的均匀分散,得到混合物;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步搅拌混合,搅拌温度范围为50℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合后得到高强高韧环氧树脂组合物。
将上述制备的高强高韧环氧树脂组合物在120℃下搅拌直至4,4’-二氨基二苯砜完全溶解得到透明的溶液。将透明溶液进行真空脱泡后浇注于四氟模具中。将模具置于烘箱中并在150℃下固化3小时,然后在200℃下固化3小时。固化结束后缓慢冷却至室温,脱离模具后得到红色透明、表面光滑的固化物。固化物的拉伸、弯曲及冲击性能见表2。
固化物的性能测试方法如对比例。
实施例8
(1)将10g4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂与50g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入30g聚砜,在温度为150℃且在氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将40g实施例3制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与13.7g的4,4’-二氨基二苯甲烷固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中得到充分的均匀分散;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步搅拌混合,搅拌温度范围为70℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合后得到高强高韧环氧树脂组合物。
实施例9
(1)将70g对氨基苯酚三缩水甘油基环氧树脂与15g实施例2制备得到的双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入10g聚醚酰亚胺,在温度为150℃且在氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将15g实施例2制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与16.1g的间苯二胺固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中得到充分的均匀分散;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步搅拌混合,搅拌温度范围为70℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合 后得到高强高韧环氧树脂组合物。
实施例10
(1)将50g的3,3’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂与25g实施例1制备得到的双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入15g聚酰亚胺,在温度为160℃且在氮气保护下进行加热溶解,得到透明均匀的混合物;
(2)将25g实施例1制备得到的双酚A聚醚环氧树脂与36g的4,4’-二氨基二苯醚固化剂在高速搅拌机中搅拌混合,搅拌温度为50℃,搅拌速度为3000r/min,使固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中得到充分的均匀分散;
(3)将步骤(1)及步骤(2)得到的两种混合物在高速搅拌机中进行进一步搅拌混合,搅拌温度范围为70℃,搅拌速度为2000r/min,经过充分混合后得到高强高韧环氧树脂组合物。
表1.
实施例 | 70℃ | 90℃ | 110℃ | 130℃ | 150℃ |
对比例 | 6391cp | 488.60cp | 49.79cp | 9.42cp | 3.24cp |
实施例4 | 3225cp | 225.05cp | 24.64cp | 5.35cp | 2.00cp |
实施例5 | 233.10cp | 18.15cp | 3.01cp | 0.80cp | 0.33cp |
实施例6 | 11.06cp | 1.51cp | 0.43cp | 0.20cp | 0.15cp |
表2.
Claims (9)
1.一种适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是,所述的环氧树脂组合物是由以下四个组分组成:
多官能度环氧树脂
双酚A聚醚环氧树脂
热塑性树脂
固体芳香胺固化剂
所述的多官能度环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的10~80%,所述的双酚A聚醚环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的20~90%;所述的热塑性树脂的量为所述的多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的0~30%;所述的固体芳香胺固化剂的量为按固体芳香胺固化剂中的活泼氢与多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂中的总环氧基的化学计量比计的0.6~1.2倍;
所述的多官能度环氧树脂选自对氨基苯酚三缩水甘油基环氧树脂、4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的热塑性树脂的量为所述的多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的5~30%。
3.根据权利要求1或2所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的双酚A聚醚环氧树脂具有如下结构:
R=H或CH3
m+n=2~6。
4.根据权利要求3所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的双酚A聚醚环氧树脂是由具有以下结构的双酚A聚醚醇与环氧氯丙烷反应制得:
R=H或CH3
m+n=2~6
按反应物双酚A聚醚醇的摩尔数计,在惰性气体气氛中,将1摩尔的双酚A聚醚醇、2~30摩尔的环氧氯丙烷以及0.1~4摩尔的助溶剂混合,加热溶解后,分批加入2~6摩尔的IA族金属元素的氢氧化物催化剂;在反应温度为45~90℃下进行反应5~20小时;反应结束后加入去离子水洗涤至水相呈中性;然后分离出有机相,在温度为90~120℃及压力为1~10mmHg下减压蒸馏去除有机相中的挥发份后得到的液体为所述的双酚A聚醚环氧树脂。
5.根据权利要求4所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的环氧氯丙烷为5~20摩尔;所述的IA族金属元素的氢氧化物为2~4摩尔;
所述的IA族金属元素的氢氧化物是氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求4所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的助溶剂选自四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的热塑性树脂选自聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚砜、聚酰亚胺中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物,其特征是:所述的固体芳香胺固化剂选自4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基二苯醚、间苯二胺中的一种或几种。
9.一种根据权利要求1~8任意一项所述的适合热熔法制备碳纤维增强复合材料预浸料的环氧树脂组合物的制备方法,其特征是,所述的制备方法按下述步骤进行:
(1)将多官能度环氧树脂与部分双酚A聚醚环氧树脂均匀混合后,加入热塑性树脂,在温度为120~180℃及惰性气体保护下进行加热溶解,得到混合物;
(2)将剩余部分的双酚A聚醚环氧树脂与固体芳香胺固化剂在搅拌机中搅拌混合,搅拌温度范围为40~110℃,使固体芳香胺固化剂在双酚A聚醚环氧树脂中得到充分的均匀分散,得到混合物;
(3)将步骤(1)与步骤(2)得到的两种混合物在搅拌机中进行搅拌混合,搅拌温度范围为50~100℃,经过充分混合后得到所述的环氧树脂组合物;
所述的多官能度环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的10~80%,所述的双酚A聚醚环氧树脂占多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的20~90%;所述的热塑性树脂的量为所述的多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂总质量分数的0~30%;所述的固体芳香胺固化剂的量为按固体芳香胺固化剂中的活泼氢与多官能度环氧树脂和双酚A聚醚环氧树脂中的总环氧基的化学计量比计的0.6~1.2倍。
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