CN104974471A - 一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法：将液态环氧树脂与固态环氧树脂在90～95℃搅拌，混合完全后，得到混合液A；将上述混合液A与核壳橡胶在70～75℃下搅拌，混合完全后，得到混合液B；向上述混合液B中加入固化剂，在70～75℃下，搅拌均匀后，得到混合液C；向上述混合液C中加入促进剂，在70～75℃下，搅拌均匀后，得到基体树脂；将上述基体树脂通过胶膜机和浸料机制备碳纤维预浸料。本发明是基于核壳橡胶在生产过程中，直接在树脂内部形成，因此分散均匀而且没有团聚物，外层壳结构由加成反应嫁接到核表面，无需相分离的两相增强体系，不影响体系Tg和模量，同时结合环氧树脂优异的耐热性，使该复合材料在使用过程中具有良好的耐高温性、高韧性等特性。

Description

一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法。
背景技术
碳纤维/树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐烧蚀、抗疲劳和尺寸稳定等一系列优异性能，是碳纤维复合材料的代表之—，已经成功用作航空、航天领域的结构部件和烧蚀防热部件，成为不可取代的重要战略物资。作为树脂基复合材料中重要的基体材料之一，环氧树脂具有良好的黏结性、耐热性、耐化学药品腐蚀性、高强度和加工方便等一系列优点，但其固化物与纤维的黏结性差、易开裂，很难满足日益发展的工程技术要求。
本发明涉及一种用于碳纤维预浸料的高耐热、高韧性-环氧树脂复合材料的制备方法；针对现环氧树脂耐热性差、固化物产物较脆等缺陷，而传统的橡胶增韧将导致基体树脂的模量和耐热性下降较大，严重影响了由其制成的碳纤维复合材料性能，因此开发了一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法。
技术方案：本发明所述的制备方法，是以环氧树脂、固化剂、促进剂、核壳橡胶为原材料，通过以下步骤制备得到：
将液态环氧树脂与固态环氧树脂在90～95℃搅拌，混合完全后，得到混合液A；将上述混合液A与核壳橡胶在70～75℃下搅拌，混合完全后，得到混合液B；向上述混合液B中加入固化剂，在70～75℃下，搅拌均匀后，得到混合液C；向上述混合液C中加入促进剂，在70～75℃下，搅拌均匀后，得到基体树脂；将上述基体树脂通过胶膜机和浸料机制备碳纤维预浸料。
所述的液态环氧树脂为双酚A型128，固态环氧树脂为酚醛环氧型704。所述液态环氧树脂和固态环氧树脂的质量比5:1～5:5。
所述的核壳橡胶为德固赛EP 2240。所述的混合液A与核壳橡胶的质量比为10:1。
所述的固化剂为为双氰胺100S、100SF或DDA-5。所述混合液B与固化剂质量比为10：1。
所述的促进剂为二脲类U-24M、UR300或UR500。所述的混合液C与促进剂的质量比为100:1。
所述制备碳纤维预浸料的制备步骤为：将基体树脂置于涂胶机中，通过红外线仪检测胶膜的厚度或胶膜的面密度，通过冷却板降低胶膜的的温度，减少其固化程度，制得预浸料所用胶膜；将上步的胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和碳纤维形成夹芯结构，依次通过几组热压辊，使树脂基体熔融，纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度，最后进行切边、覆PE膜、收卷，制得高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料。
有益效果：本发明是基于核壳橡胶在生产过程中，直接在树脂内部形成，因此分散均匀而且没有团聚物，外层壳结构由加成反应嫁接到核表面，无需相分离的两相增强体系，不影响体系Tg和模量，同时结合环氧树脂优异的耐热性，使该复合材料在使用过程中具有良好的耐高温性、高韧性等特性。高耐热、高韧性-环氧树脂碳纤维复合材料使其在航空航天等领域有巨大的应用前景。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1)将625克环氧树脂128和375克酚醛环氧704置于2升的带有真空装置的玻璃烧瓶中，在90℃中搅拌30min，得到溶液1，直接用于下一步反应；
2)将上步溶液1和100克EP 2240置于2升的带有真空装置的玻璃烧瓶中，在90℃中搅拌30min，得到溶液2；
3)将上步溶液2中加入60克双氰胺DDA-5，在70℃搅拌30min，得到混合物1。
4)将上步混合物1中加入8克有机脲U-24M，在70℃搅拌30min，得到混合物2。此混合物2就是碳纤维复合材料所用的基体树脂。
5)将上步的基体树脂置于涂胶机中，通过红外线仪检测胶膜的厚度或胶膜的面密度，通过冷却板降低胶膜的的温度，减少其固化程度，制得预浸料所用胶膜。
6)将上步的胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和碳纤维形成夹芯结构，依次通过几组热压辊，使树脂基体熔融，纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度，最后进行切边、覆PE膜、收卷，制得高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料。
本实施例制得的一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料所用基体树脂的弯曲强度达到110Mpa，拉伸强度80Mpa，冲击强度20KJ/m2，Tg高达205℃。
实施例2
1)将625克环氧树脂128和375克酚醛环氧704置于2升的带有真空装置的玻璃烧瓶中，在90℃中搅拌30min，得到溶液1，直接用于下一步反应；
2)将上步溶液1和50克EP 2240置于2升的带有真空装置的玻璃烧瓶中，在90℃中搅拌30min，得到溶液2；
3)将上步溶液2中加入55克双氰胺DDA-5，在75℃搅拌30min，得到混合物1。
4)将上步混合物1中加入8克有机脲U-24M，在75℃搅拌30min，得到混合物2。此混合物2就是碳纤维复合材料所用的基体树脂。
5)将上步的基体树脂置于涂胶机中，通过红外线仪检测胶膜的厚度或胶膜的面密度，通过冷却板降低胶膜的的温度，减少其固化程度，制得预浸料所用胶膜。
6)将上步的胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和碳纤维形成夹芯结构，依次通过几组热压辊，使树脂基体熔融，纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度，最后进行切边、覆PE膜、收卷，制得高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料。
本实施例制得的一种高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料所用基体树脂的弯曲强度达到103Mpa，拉伸强度68Mpa，冲击强度15KJ/m2，Tg高达198℃。
对比例1
此对比例1为耐热型环氧树脂配方。
1)将625克环氧树脂128和375克酚醛环氧704置于2升的带有真空装置的玻璃烧瓶中，在90℃中搅拌30min，得到溶液1，直接用于下一步反应；
2)将上步溶液1加入45克双氰胺DDA-5于2升的带有真空装置的玻璃烧瓶中，在70℃中搅拌30min，得到混合物1；
3)将上步溶液2中加入8克有机脲U-24M，在70℃中搅拌30min，得到混合物2。混合物2就是碳纤维复合材料所用的基体树脂。
4)将上步的基体树脂置于涂胶机中，通过红外线仪检测胶膜的厚度或胶膜的面密度，通过冷却板降低胶膜的的温度，减少其固化程度，制得预浸料所用胶膜。
5)将上步的胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和碳纤维形成夹芯结构，依次通过几组热压辊，使树脂基体熔融，纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度，最后进行切边、覆PE膜、收卷，制得高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料。
本对比例制得的一种常规型环氧树脂碳纤维复合材料所用基体树脂的弯曲强度达到90Mpa，拉伸强度56Mpa，冲击强度8KJ/m2，Tg达195℃。
将上述实施例及对比例所得样品，在200℃下加热10小时，试验结果如下：
实施例1 实施例2 对比例
弯曲强度(Mpa) 110 103 90
200℃下加热10小时后弯曲强度(Mpa) 98 101 71
冲击强度(KJ/m2) 20 15 8
200℃下加热10小时后冲击强度(KJ/m2) 18 13 6
由实施例1～2和对比例1可以看出，本发明得到的高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料能满足各领域行业的需要。

Claims (10)

1.一种高耐热高强度环氧树脂碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于以环氧树脂、固化剂、促进剂、核壳橡胶为原材料，通过以下步骤制备得到：
将液态环氧树脂与固态环氧树脂在80～110℃搅拌，混合完全后，得到混合液A；
将上述混合液A与核壳橡胶在70～80℃下搅拌，混合完全后，得到混合液B；
向上述混合液B中加入固化剂，在70～80℃下，搅拌均匀后，得到混合液C；
向上述混合液C中加入促进剂，在70～80℃下，搅拌均匀后，得到基体树脂；
将上述基体树脂通过胶膜机和浸料机制备碳纤维预浸料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的液态环氧树脂为双酚A型128，固态环氧树脂为酚醛环氧型704。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述液态环氧树脂和固态环氧树脂的质量比5:1～5:5。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的核壳橡胶为德固赛EP 2240。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的混合液A与核壳橡胶的质量比为10:1。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的固化剂为为双氰胺100S、100SF或DDA-5。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述混合液B与固化剂质量比为10：1。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的促进剂为二脲类U-24M、UR300或UR500。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的混合液C与促进剂的质量比为100:1。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述制备碳纤维预浸料的制备步骤为：
将基体树脂置于涂胶机中，通过红外线仪检测胶膜的厚度或胶膜的面密度，通过冷却板降低胶膜的的温度，减少其固化程度，制得预浸料所用胶膜；将上步的胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和碳纤维形成夹芯结构，依次通过几组热压辊，使树脂基体熔融，纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度，最后进行切边、覆PE膜、收卷，制得高耐热、高韧性环氧树脂碳纤维复合材料。
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