CN106117513B - 一种弹性固化环氧树脂体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环氧树脂生产领域，特别公开了一种弹性固化环氧树脂体系及其制备方法。该弹性固化环氧树脂体系，其特征为，由以下重量份数的原料制成：E‑51环氧树脂50‑60份，E‑03环氧树脂15‑20份，酚醛环氧树脂15‑20份，咪唑类潜伏性固化剂5‑7份，有机脲类促进剂2‑3份。本发明脂肪方法简单，操作简易，科学性强且适用于工业化生产，实现了环氧树脂体系在不同温度下均可达到固化的目的，且粘度适中、适用期长的良好的工艺加工性能，固化后得到的环氧树脂的力学性能也很好。

Description

一种弹性固化环氧树脂体系及其制备方法
（一）技术领域
本发明涉及环氧树脂生产领域，特别涉及一种弹性固化环氧树脂体系及其制备方法。
（二）背景技术
树脂基碳纤维复合材料自20世纪50年代面世以来，以其独特的性能，主要用于火箭、航天、航空等尖端科学技术，随着碳纤维复合材料性能的不断完善和提高，复合材料的应用领域愈发广阔，以其优异的性能逐步走向民用市场，并已经占有了一定的席位。目前，在汽车工业、石油工业、体育器材、土木建筑等领域得到广泛应用。
近些年，碳纤维复合材料在体育用品方面发展迅速，由其制造的体育用品具有自重轻、强度高、舒适性好、优异的安全稳定性等特点。
碳纤维复合材料全称为碳纤维增强树脂基复合材料，树脂基体是决定碳纤维复合材料性能的重要因素，由于树脂体系具有结构复杂化、功能多样化、研发周期短等特点，使得碳纤维复合材料具有更加优异的工艺性、创新性和应用性等。
目前市场上的树脂体系大部分为在特定温度及时间的条件下进行固化，极大程度上限制了树脂体系的应用，同时也造成了一定程度的资源浪费。由于技术原因，我国碳纤维复合材料的工业化进展一直不快，碳纤维原料及其复合材料一直严重依赖进口，在碳纤维的低成本和复合材料成型技术上还有很多问题需要解决。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种制备简单、产品性能好的弹性固化环氧树脂体系及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种弹性固化环氧树脂体系，由以下重量份数的原料制成：
E-51环氧树脂50-60份，E-03环氧树脂15-20份，酚醛环氧树脂15-20份，咪唑类潜伏性固化剂5-7份，有机脲类促进剂2-3份。
上述弹性固化环氧树脂体系的制备方法，包括如下步骤：
（1）将E-51环氧树脂均分为两份，取其中一份E-51环氧树脂与咪唑类潜伏性固化剂及有机脲类促进剂混合，搅拌均匀后用三辊研磨机研磨三次，得到复合型固化剂；
（2）将剩余E-51环氧树脂、E-03环氧树脂及酚醛环氧树脂加入到反应釜中，于160-170℃下边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂；
（3）将步骤（1）得到的固化剂和步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于65-70℃的反应釜长混合均匀，得到环氧树脂液体体系；
（4）将环氧树脂液体体系在70-80℃下保温4-5h，然后升温固化，得到最终产品。
其优选的技术方案为：
步骤（3）中，固化剂与复合环氧树脂的重量比为25-35:65-75。
步骤（3）中，环氧树脂液体体系70℃的粘度为7000-10000cps，且在25℃的环境中放置一个月后，70℃的粘度小于14000cps，即环氧树脂液体体系的适用期在一个月以上，完全可以满足复合材料热熔法制备预浸料的工艺要求。
步骤（4）中，环氧树脂液体体系于95-140℃下升温固化。
步骤（4）中，本发明最终产品的固化采用分段式加热保温方法，且第二阶段的保温温度可以在95-140℃的区间内任意选择，固化温度、保温时间为本发明的关键参数。最终产品的拉伸强度为80-90MPa，拉伸模量为3.5-4.5GPa，断裂伸长率为2.5-3%，弯曲强度为110-130MPa，弯曲模量为3-4GPa，热变形温度大于120℃，固化度大于98%，密度为1.29g/cm3。
本发明选用酚醛环氧树脂来调节复合环氧树脂的粘度，同时由于分子结构中含有2个以上的环氧基，固化后交联密度高，产品的耐热性、耐溶剂性、耐化学药品性及尺寸稳定性，都会相对提高；选用E-03环氧树脂调节树脂体系的粘度；选用咪唑类潜伏性固化剂及有机脲类促进剂作为整个树脂体系的固化剂，可以使树脂体系的固化反应温度降低，实现在不同温度均可固化的目的，即弹性固化。
本发明产品的工艺性能达到了复合材料体育用品、休闲用品装备对环氧树脂基体的要求，具有广泛的应用价值。
本发明脂肪方法简单，操作简易，科学性强且适用于工业化生产，实现了环氧树脂体系在不同温度下均可达到固化的目的，且粘度适中、适用期长的良好的工艺加工性能，固化后得到的环氧树脂的力学性能也很好。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明树脂体系固化温度-时间的关系示意图。
（五）具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
弹性固化树脂体系的制备方法是通过以下步骤实现的：
（1）按重量份将20-30份E-51环氧树脂、5-7份咪唑潜伏性固化剂及2-3份有机脲类促进剂混合，搅拌均匀后用三辊研磨机研磨三次，得到复合型固化剂；
（2）按重量份将20-30份E-51环氧树脂、15-20份E-03环氧树脂及15-20份酚醛环氧树脂加入到反应釜中，设定160℃-170℃，边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂；
（3）将25-35份步骤（1）得到的固化剂和65-75份步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于65-70℃的反应釜中混合均匀得环氧树脂液体体系；
（4）将步骤（3）得到的环氧树脂液体体系在70℃-80℃温度下保温4-5h，然后根据不同的工艺进行升温（95℃-140℃）固化，得到固化的环氧树脂；其中步骤（1）至步骤（3）中重量份的每份的标准一致。
实施例2：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（1）中按重量份将23-27份E-51环氧树脂、6份咪唑潜伏性固化剂及2-3份有机脲类促进剂混合。
实施例3：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（1）中按重量份将25份E-51环氧树脂、6份咪唑潜伏性固化剂及2.5份有机脲类促进剂混合。
实施例4：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（2）中按重量份将22-28份E-51环氧树脂、17-19份E-03环氧树脂及17-19份酚醛环氧树脂加入到反应釜中，设定160℃-170℃，边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂。
实施例5：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（2）中按重量份将25份E-51环氧树脂、18份E-03环氧树脂及18份酚醛环氧树脂加入到反应釜中，设定160℃-170℃，边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂。
实施例6：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（2）中设定162-168℃下加热搅拌得到透亮的液体。
实施例7：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（2）中设定165℃下加热搅拌得到透亮的液体。
实施例8：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（3）中将28-32份步骤（1）得到的固化剂和68-72份步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于65℃-70℃的反应釜中混合均匀得环氧树脂液体体系。
实施例9：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（3）中将30份步骤（1）得到的固化剂和70份步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于65℃-70℃的反应釜中混合均匀得环氧树脂液体体系。
实施例10：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（3）中将30份步骤（1）得到的固化剂和70份步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于68℃的反应釜中混合均匀得环氧树脂液体体系。
实施例11：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（4）中将步骤（3）得到的环氧树脂液体体系在75℃温度下保温4.5h，然后根据不同的工艺进行升温（95℃-140℃）固化，得到固化的环氧树脂。
实施例12：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（4）中根据95℃/4h的工艺进行升温固化，得到固化的环氧树脂。
实施例13：
具体步骤与实施例1相同，不同的是步骤（4）中根据120℃/30min的工艺进行升温固化，得到固化的环氧树脂。
实施例14：弹性固化树脂体系的制备方法
（1）按重量份将25份E-51环氧树脂、6份咪唑潜伏性固化剂及2.5份有机脲类促进剂混合，搅拌均匀后用三辊研磨机研磨三次，得到复合型固化剂；
（2）按重量份将25份E-51环氧树脂、18份E-03环氧树脂及18份酚醛环氧树脂加入到反应釜中，设定165℃，边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂；
（3）将30份步骤（1）得到的固化剂和70份步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于68℃的反应釜中混合均匀得环氧树脂液体体系；
（4）将步骤（3）得到的环氧树脂液体体系在75℃温度下保温4.5h，然后根据140℃/10min的工艺进行升温固化，得到固化的环氧树脂；其中步骤（1）至步骤（3）中重量份的每份的标准一致。

Claims (6)

1.一种弹性固化环氧树脂体系，其特征为，由以下重量份数的原料制成：E-51环氧树脂50-60份，E-03环氧树脂15-20份，酚醛环氧树脂15-20份，咪唑类潜伏性固化剂5-7份，有机脲类促进剂2-3份；其制备方法包括如下步骤：（1）将E-51环氧树脂均分为两份，取其中一份E-51环氧树脂与咪唑类潜伏性固化剂及有机脲类促进剂混合，搅拌均匀后用三辊研磨机研磨三次，得到复合型固化剂；（2）将剩余E-51环氧树脂、E-03环氧树脂及酚醛环氧树脂加入到反应釜中，于160-170℃下边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂；（3）将步骤（1）得到的固化剂和步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于65-70℃的反应釜中混合均匀，得到环氧树脂液体体系；（4）将环氧树脂液体体系在70-80℃下保温4-5h，然后升温固化，得到最终产品。
2.根据权利要求1所述的弹性固化环氧树脂体系的制备方法，其特征为，包括如下步骤：（1）将E-51环氧树脂均分为两份，取其中一份E-51环氧树脂与咪唑类潜伏性固化剂及有机脲类促进剂混合，搅拌均匀后用三辊研磨机研磨三次，得到复合型固化剂；（2）将剩余E-51环氧树脂、E-03环氧树脂及酚醛环氧树脂加入到反应釜中，于160-170℃下边加热边搅拌至得到透亮的液体，即复合环氧树脂；（3）将步骤（1）得到的固化剂和步骤（2）得到的复合环氧树脂混合，于65-70℃的反应釜中混合均匀，得到环氧树脂液体体系；（4）将环氧树脂液体体系在70-80℃下保温4-5h，然后升温固化，得到最终产品。
3.根据权利要求2所述的弹性固化环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，固化剂与复合环氧树脂的重量比为25-35:65-75。
4.根据权利要求2所述的弹性固化环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，环氧树脂液体体系70℃的粘度为7000-10000cps，且在25℃的环境中放置一个月后，70℃的粘度小于14000cps。
5.根据权利要求2所述的弹性固化环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，环氧树脂液体体系于95-140℃下升温固化。
6.根据权利要求2所述的弹性固化环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，最终产品的拉伸强度为80-90MPa，拉伸模量为3.5-4.5GPa，断裂伸长率为2.5-3%，弯曲强度为110-130MPa，弯曲模量为3-4GPa，热变形温度大于120℃，固化度大于98%，密度为1.29g/cm3。
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