CN104403279A - 一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本法明公开了一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，采用沥青作为增韧剂来改善环氧树脂/碳纤维复合材料的韧性。与现有技术相比，本发明采用沥青作为增韧剂来改善环氧树脂/碳纤维复合材料的韧性。尽管沥青与环氧树脂溶度参数较大，相容性不良，但是加入固化剂后混合体系的相容性优异，基本能形成均一体系。所用增韧环氧树脂/碳纤维复合材料的原料为沥青，其来源广泛，价格便宜，且有良好的增韧效果。

Description

一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于聚合物改性和复合材料领域，特别涉及一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法。
背景技术
环氧树脂/碳纤维复合材料以其高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀等众多优异性能而广泛应用于航天、汽车、电子、体育用品以及医疗器械上。众所周知，环氧树脂固化后得到一种三维不溶不融网状结构，这种结构表现为质脆的特点，当负载或者缺陷产生的微裂纹时容易迅速扩散而使材料失效，从而影响其使用范围。因此需对环氧树脂/碳纤维复合材料进行增韧处理以提高其冲击强度。
目前，环氧树脂/碳纤维复合材料的增韧方法主要有橡胶增韧、热塑性弹性体增韧、刚性粒子增韧。这些方法无疑都能在一定程度上改善复合材料的冲击韧性。但由于与环氧树脂的相容性欠佳，往往伴随着其他力学性能的降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，采用沥青作为增韧剂来改善环氧树脂/碳纤维复合材料的韧性。
本发明提供的一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将100份环氧树脂、5-15份沥青，10-35份环氧稀释剂在室温下混合搅拌均匀，降低混合体系粘度至500-850mPa.S，加入20-30份固化剂，搅拌均匀，放入真空干燥箱中脱气泡10-20min；
(2)、采用真空袋压法用步骤(1)制备的树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80℃/1h+120℃/2h+150℃/2h的固化工艺进行固化；
(3)将固化好的碳纤维复合材料脱模，修剪，打磨，切割成规定样条形状后待测。
所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂任意一种，粘度为1000-5500mPa·S；
所述沥青的针入度60-75mm，软化点45-60℃；
所述环氧稀释剂为丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚任意一种；
所述固化剂为二乙烯三胺，三乙烯四胺，间苯二甲胺任意一种。
与现有技术相比，本发明采用沥青作为增韧剂来改善环氧树脂/碳纤维复合材料的韧性。尽管沥青与环氧树脂溶度参数较大，相容性不良，但是加入固化剂后混合体系的相容性优异，基本能形成均一体系。所用增韧环氧树脂/碳纤维复合材料的原料为沥青，其来源广泛，价格便宜，且有良好的增韧效果。
具体实施方式
实施例1
一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将100份环氧树脂双酚A环氧树脂，粘度5260mPa·S，12份沥青(针入度70mm，软化点45℃)，35份丁基缩水甘油醚在室温下混合搅拌均匀，降低混合体系粘度至840mPa.S，加入20份间苯二甲胺并搅拌均匀，置于真空干燥箱中脱气泡15min；
(2)、采用真空袋压法用步骤(1)制备的树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80℃/1h+120℃/2h+150℃/2h的固化工艺进行固化；
(3)将固化好的碳纤维复合材料脱模，修剪，打磨，切割成规定样条形状后待测。
同时制备空白试验样条，按照“GBT1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法”测定沥青增韧环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度为179.6kj/m2，空白样条为133.4kj/m2，冲击韧性增加34.6％。
实施例2
一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将100份环氧树脂双酚F环氧树脂，粘度1860mPaS，5份沥青(针入度70mm，软化点45℃)，20份1,4-丁二醇二缩水甘油醚在室温下混合搅拌均匀，降低混合体系粘度至560mPa.S，加入24份二乙烯三胺并搅拌均匀，置于真空干燥箱中脱气泡15min。
(2)、采用真空袋压法用步骤(1)制备的树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80℃/1h+120℃/2h+150℃/2h的固化工艺进行固化；
(3)、将固化好的碳纤维复合材料脱模，修剪，打磨，切割成规定样条形状后待测。
同时制备空白试验样条，按照“GBT1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法”测定沥青增韧环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度为205.2kj/m2，空白样条为166.4kj/m2，冲击韧性增加23.3％。
实施例3
一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份环氧树脂双酚S环氧树脂，粘度3480mPaS，15份沥青(针入度70mm，软化点45℃)，18份聚丙二醇二缩水甘油醚在室温下混合搅拌均匀，降低混合体系粘度至730mPa.S，加入20份三乙烯四胺并搅拌均匀，置于真空干燥箱中脱气泡15min。
(2)、采用真空袋压法用步骤(1)制备的树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80℃/1h+120℃/2h+150℃/2h的固化工艺进行固化；
(3)、将固化好的碳纤维复合材料脱模，修剪，打磨，切割成规定样条形状后待测。
同时制备空白试验样条，按照“GBT1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法”测定沥青增韧环氧树脂/碳纤维复合材料的冲击强度为178.8kj/m2，空白样条为135.3kj/m2，冲击韧性增加31.8％。

Claims (5)

1.一种高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)、将100份环氧树脂、5-15份沥青，10-35份环氧稀释剂在室温下混合搅拌均匀，降低混合体系粘度至500-850mPa.S，加入20-30份固化剂，搅拌均匀，放入真空干燥箱中脱气泡10-20min；
(2)、采用真空袋压法用步骤(1)制备的树脂混合物对碳纤维进行浸润，然后按照80℃/1h+120℃/2h+150℃/2h的固化工艺进行固化；
(3)将固化好的碳纤维复合材料脱模，修剪，打磨，切割成规定样条形状后待测。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂粘度为1000-5500mPa·S，为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述环氧稀释剂为丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚任意一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂为二乙烯三胺，三乙烯四胺，间苯二甲胺任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沥青的针入度60-75mm，软化点45-60℃。
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