CN105086367B - 一种基于耐高温复合材料树脂的预浸料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于耐高温复合材料树脂的预浸料及其制备方法。预浸料的制备步骤为：将树脂按环氧树脂：苯并噁嗪为100：20‑40的比重配制，在80℃的环境下，以500rpm的速度搅拌混合20‑50min；将树脂在80‑90℃下浸渍碳纤维7‑10分钟，然后在140‑150℃的环境下烘焙10‑15min，制得耐高温复合材料用预浸料。其中环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51与缩水甘油胺型环氧树脂（AG‑80）、酯环型环氧树脂（TDE‑85）和海因环氧树脂三者中的一种配制而成，苯并噁嗪为3‑吡啶‑3，4二氢‑1，3苯并噁嗪。本发明的耐高温复合材料用树脂具有高耐热性，满足了产品在耐热性要求较高领域的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体地说涉及一种基于耐高温复合材料树脂的预浸料及其制备方法。
背景技术
碳纤维增强复合材料（CFRP）是目前最先进的复合材料之一，它以其轻质高强、抗腐蚀、自润滑、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多，如美国的战略导弹“侏儒”三级发动机壳体，“三叉戟”一 、二、三级发动机壳体的复合材料裙，民兵系列发动机的喷管扩张段，部分固体发动机及高速战术导弹美国的THAAD、ERINT等。
除军用外，开发碳纤维复合材料的其它应用也大有作为，如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材（如滑雪板、球拍、渔杆）等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。碳纤维复合材料的关键在于纤维、树脂和预浸料制备工艺。常用的环氧树脂体系的耐热温度较低（一般小于150℃），使其应用范围十分有限，难以在航空航天，摩擦材料等对耐热性要求较高的领域发挥作用。目前世界上满足高温条件使用的先进的碳纤维复合材料及预浸料制备技术长期被日本东丽等公司所垄断，如何发展我国自主的碳纤维复合材料和预浸料制备技术，是当前国家重点支持的方向，也是企业摆脱对外技术依赖的重要手段。
发明内容
针对当前预浸料制备工艺的不足，本发明提出了一种基于耐高温复合材料树脂的预浸料。
本发明的技术方案如下：
一种基于耐高温复合材料树脂的预浸料，其特征在于：包括碳纤维及附着其上的耐高温复合材料树脂，其中，耐高温复合材料树脂由环氧树脂和苯并噁嗪组成，其配方比例为100：20-40。
上述环氧树脂有三种类型，所述第一种环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51：缩水甘油胺型环氧树脂（AG-80），其配方比重为1：1.5-2.5；所述第二种环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51：酯环型环氧树脂（TDE-85），其配方比重为1：1.5-2.5；所述第三种环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51：海因环氧树脂，其配方比重为1:1-2。
所述苯并噁嗪为3-吡啶-3，4二氢-1，3苯并噁嗪，结构式如下式（1）：
（1）
根据上述技术方案，本发明还提供使用上述树脂的预浸料的制备方法，其包括如下工序：
将树脂按环氧树脂：苯并噁嗪为100：20-40的比重配制，在80℃的环境下，以500rpm的速度搅拌混合20-50min；将树脂在80-90℃下浸渍碳纤维7-10分钟，然后在140-150℃的环境下烘焙10-15min，制得基于耐高温复合材料树脂的预浸料。
本发明与现有技术相比有益效果为：
采用高性能且带双叔胺基团的苯并噁嗪作为树脂体系的一个组分，既能与环氧树脂反应形成高交联，高耐热性的聚合物，同时双叔胺基团使得双组份体系具有自催化功效，不需要加入其它小分子催化剂，综合结果为复合材料具有高耐热性。
该树脂体系在固化反应时，苯并噁嗪上的叔胺基团催化环氧基开环形成氧负离子，同时氧负离子会进攻吡啶环上的氮原子，使得氮原子邻位的噁嗪环转移到环氧的分子结构中，形成高度交联的聚合物结构，从而获得高耐热性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1：
将酚醛型环氧树脂F51：缩水甘油胺型环氧树脂（AG-80）按比重为1:1.5于80℃下混合20min，然后按环氧树脂：苯并噁嗪的比重为100：40在80℃下，以500rpm的速度搅拌混合50min，再于85℃下浸渍单向碳纤维布，在140℃烘焙10min，制得预浸料；用该预浸料在高压釜中制备复合材料，测得复合材料的玻璃化转变温度（Tg）为220℃，具有较高的耐热性。
实施例2：
酚醛型环氧树脂F51：酯环型环氧树脂（TDE-85）的比重为1:2于80℃下，以500rpm的速度搅拌下混合20min，然后按环氧树脂：苯并噁嗪的比重为100：20在80℃混合30min，再于90℃下浸渍单向碳纤维布，在150℃烘焙10min，制得预浸料；用该预浸料在高压釜中制备复合材料，测得复合材料的玻璃化转变温度（Tg）为231℃，具有较高的耐热性。
实施例3：
酚醛型环氧树脂F51：海因环氧树脂的比重为1:1.5于80℃下，以500rpm的速度搅拌混合20min，然后按环氧树脂：苯并噁嗪的比重为100：30在80℃混合30min，再于80℃下浸渍单向碳纤维布，在150℃烘焙15min，制得预浸料；用该预浸料在高压釜中制备复合材料，测得复合材料的玻璃化转变温度（Tg）为205℃，具有较高的耐热性。
Claims (1)
1.一种基于耐高温复合材料树脂的预浸料，其特征在于：包括碳纤维及附着其上的耐高温复合材料树脂，其中，耐高温复合材料树脂由环氧树脂和苯并噁嗪组成，其配方比例为100：20-40；
所述环氧树脂有三种类型，第一种环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51：缩水甘油胺型环氧树脂AG-80，其配方比重为1：1.5；第二种环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51：酯环型环氧树脂TDE-85，其配方比重为1：2；第三种环氧树脂为酚醛型环氧树脂F51：海因环氧树脂，其配方比重为1:1.5；
所述苯并噁嗪为3-吡啶-3，4二氢-1，3苯并噁嗪，结构式如下式（1）：
（1）；
其中，基于耐高温复合材料树脂的预浸料的制备方法包括如下工序：
将树脂按环氧树脂：苯并噁嗪为100：20-40的比重配制，在80℃的环境下，以500rpm的速度搅拌混合20-50min；将树脂在80-90℃下浸渍碳纤维7-10分钟，然后在140-150℃的环境下烘焙10-15min，制得基于耐高温复合材料树脂的预浸料。
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