CN106905661A - 一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料及制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺，按质量百分比包括以下组分，环氧树脂30‑35％；碳纤维45‑65％；固化剂2‑5.5％；促进剂0.5‑1.5％；稳定剂0.05‑0.25％；偶联剂0.05‑0.15％；增韧剂1.5‑2.5％；消泡剂0.5‑0.75％，该配方设计可达到满足预浸料树脂较长时间的室温储存期和中高温快速固化性能，采用稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂进行配方设计，可以降低树脂粘度，提高树脂对纤维的浸润速度和浸润效果，增加固化后树脂韧性，减少浸润过程中气泡的产生，通过本工艺生产的快速固化预浸料，经检测，具有合适的粘性和良好的铺覆性，室温储存期长，可实现快速升温、固化和冷却，固化时间短，成型复合材料具有良好的韧性和耐湿热性能，尤其适合应用于无人机、自行车制造领域。

Description

一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料及制作工艺
[技术领域]
本发明涉及碳纤维预浸料制作技术领域，尤其涉及一种固化时间短、浸润效果好、材料性能高的可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料及制作工艺。
[背景技术]
碳纤维作为新一代增强材料，具有良好的力学性能，耐高温、耐腐蚀性能优良，耐有机溶剂、酸、碱性好。在实际应用中，碳纤维常常用作增强纤维，碳纤维增强复合材料具有高强度、高刚性与轻量化的特性，用途广泛。碳纤维复合材料因其优异的性能，广泛应用于航空航天、船舶重工以及深海油田等领域。近年来，随着全球经济的快速发展，人们更加倾向于对高端产品的追求。目前碳纤维的实际应用过程中，70％以上是通过碳纤维预浸料的方式实现的。预浸料是一种纤维与树脂通过相应的层叠方式和工艺制备的未达到固化状态前的产品，是碳纤维制品经常使用的半成品。
碳纤维预浸料深受很多高档汽车制造厂商的青睐，如奔驰、宝马、奥迪等几乎都开始试应用或己经采用了各种碳纤维预浸料复合材料。碳纤维预浸料作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，质量仅相当于钢材的20％-30％，硬度却是钢材的10倍以上，所以采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的效益。为此，开发出一种性能优异、回收利用率高且环保的碳纤维预浸料显得尤为迫切，具有重大应用价值与深远意义。
然而，目前碳纤维预浸料生产领域存在着较多的问题，如环氧树脂快速固化成型中的树脂与纤维浸润不足，固化反应放热集中，成型材料固化不均、残余应力、暴聚、适应期短等，制约着行业的快速发展，基于此，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，并取得了较好的成绩。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种固化时间短、浸润效果好、材料性能高的可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料及制作工艺。
本发明解决技术问题的方案是提供一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，按质量百分比包括以下组分，
优选地，所述固化剂包括改性胺类固化剂和双氰胺；且双氰胺和改性胺类固化剂的质量比为(1.5-2.5)：1。
优选地，所述环氧树脂包括不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂。
优选地，所述碳纤维包括高性能T700、UTS50、T800和IM7碳纤维。
优选地，所述促进剂为带有活性氢成分的促进剂；且该所述活性氢包括-OH、-COOH、-SO3H、-CONH2、-CONHR、-SO2NH2和-SO2NHR。
一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺，包括以下步骤，
S1、将不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂混合，制备具有优良铺覆性和固化性的预浸料树脂；
S2、将预浸料树脂通过涂胶机均匀涂覆在特殊的离型纸上，通过调整辊的温度和转速来保证预浸料厚度均匀，无气泡，不产生预固化；
S3、将步骤S2涂覆好的离型纸与碳纤维通过多对辊轴碾压结合，制备得到快速固化碳纤维预浸料，并控制固化温度值范围为120-150摄氏度，固化反应时间小于等于5分钟，玻璃化转变温度大于等于120摄氏度。
优选地，所述每1m2碳纤维预浸料所包含的碳纤维的质量为10g-600g。
与现有技术相比，本发明一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺通过采用环氧树脂、碳纤维、固化剂、促进剂、稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂的上述配方设计，达到满足预浸料树脂较长时间的室温储存期和中高温快速固化性能，当环氧树脂的主体成份为双酚A型环氧树脂时，采用稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂进行配方设计，可以降低树脂粘度，提高树脂对纤维的浸润速度和浸润效果，增加固化后树脂韧性，减少浸润过程中气泡的产生，通过本工艺生产的快速固化预浸料，经检测，具有合适的粘性和良好的铺覆性，室温储存期长，可实现快速升温、固化和冷却，固化时间短，成型复合材料具有良好的韧性和耐湿热性能，通过树脂增韧技术，提高快速固化树脂和复合材料的冲击韧性。
[附图说明]
图1是本发明一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺流程图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1，本发明一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，按质量百分比包括以下组分，
通过采用环氧树脂、碳纤维、固化剂、促进剂、稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂的上述配方设计，达到满足预浸料树脂较长时间的室温储存期和中高温快速固化性能，当环氧树脂的主体成份为双酚A型环氧树脂时，采用稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂进行配方设计，可以降低树脂粘度，提高树脂对纤维的浸润速度和浸润效果，增加固化后树脂韧性，减少浸润过程中气泡的产生，通过本工艺生产的快速固化预浸料，经检测，具有合适的粘性和良好的铺覆性，室温储存期长，可实现快速升温、固化和冷却，固化时间短，成型复合材料具有良好的韧性和耐湿热性能，通过树脂增韧技术，提高快速固化树脂和复合材料的冲击韧性，非常适合应用于如无人机、自行车的制造领域。
优选地，所述固化剂包括改性胺类固化剂和双氰胺；且双氰胺和改性胺类固化剂的质量比为(1.5-2.5)：1。环氧树脂与不同固化剂的引发温度、放热峰值以及放热量均不一样，对于快速固化工艺，树脂的升温速率更快，固化反应的峰值温度更高，本设计利用改性胺类固化剂和双氰胺的组合配方，可以满足快速固化要求，且放热平缓。
改性胺类固化剂是目前应用范围最广的环氧树脂固化剂，其与环氧树脂的反应过程包括伯胺与环氧基发生开环反应生成肿胺；生成的肿胺继续与环氧基反应生成叔胺，叔胺可以催化伯胺的反应。
双氰胺是一种高温环氧树脂固化剂，在没有促进剂的情况下，需要在150摄氏度下才能与环氧树脂反应，目前双氰胺常被当作潜伏型固化剂使用，即预先将双氰胺分散在环氧树脂中，然后在热或者促进剂的引发下，使双氰胺与环氧树脂反应，通过促进剂也可以调节固化剂和环氧树脂的反应速率。
优选地，所述环氧树脂包括不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂。通过采用不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂调节环氧树脂性能，达到满足预浸料树脂铺覆性和固化工艺的要求。
优选地，所述碳纤维包括高性能T700、UTS50、T800和IM7碳纤维。纤维直径、表面粗糙度和表面能对碳纤维的浸润性能均有一定的影响，其中纤维直径是影响浸润速率的主导因素，表面能和表面粗糙度对浸润质量的影响更加显著。碳纤维原丝的平均纤维直径为1-20μm。
优选地，所述促进剂为带有活性氢成分的促进剂；且该所述活性氢包括-OH、-COOH、-SO3H、-CONH2、-CONHR、-SO2NH2和-SO2NHR。
一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺，包括以下步骤，
S1、将不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂混合，制备具有优良铺覆性和固化性的预浸料树脂；通过不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂配合，调节环氧树脂性能；
S2、将预浸料树脂通过涂胶机均匀涂覆在特殊的离型纸上，通过调整辊的温度和转速来保证预浸料厚度均匀，无气泡，不产生预固化；最终得到的树脂粘度小于5000mPa.s，固化剂粘度小于100mPa.s，拉伸强度大于等于70MPa，弯曲强度大于等于110MPa，断裂伸长率为0.04-0.07。
S3、将步骤S2涂覆好的离型纸与碳纤维通过多对辊轴碾压结合，制备得到快速固化碳纤维预浸料，并控制固化温度值范围为120-150摄氏度，固化反应时间小于等于5分钟，玻璃化转变温度大于等于120摄氏度。制备材料的复合材料的拉伸强度大于等于1400MPa，弯曲强度大于等于1200MPa，冲击强度大于等于70KJ/m2。
优选地，所述每1m2碳纤维预浸料所包含的碳纤维的质量为10g-600g。
与现有技术相比，本发明一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺1通过采用环氧树脂、碳纤维、固化剂、促进剂、稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂的上述配方设计，达到满足预浸料树脂较长时间的室温储存期和中高温快速固化性能，当环氧树脂的主体成份为双酚A型环氧树脂时，采用稳定剂、偶联剂、增韧剂以及消泡剂进行配方设计，可以降低树脂粘度，提高树脂对纤维的浸润速度和浸润效果，增加固化后树脂韧性，减少浸润过程中气泡的产生，通过本工艺生产的快速固化预浸料，经检测，具有合适的粘性和良好的铺覆性，室温储存期长，可实现快速升温、固化和冷却，固化时间短，成型复合材料具有良好的韧性和耐湿热性能，通过树脂增韧技术，提高快速固化树脂和复合材料的冲击韧性。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，其特征在于：按质量百分比包括以下组分，
2.如权利要求1所述的一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，其特征在于：所述固化剂包括改性胺类固化剂和双氰胺；且双氰胺和改性胺类固化剂的质量比为(1.5-2.5)：1。
3.如权利要求1所述的一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，其特征在于：所述环氧树脂包括不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂。
4.如权利要求1所述的一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，其特征在于：所述碳纤维包括高性能T700、UTS50、T800和IM7碳纤维。
5.如权利要求1所述的一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料，其特征在于：所述促进剂为带有活性氢成分的促进剂；且该所述活性氢包括-OH、-COOH、-SO3H、-CONH2、-CONHR、-SO2NH2和-SO2NHR。
6.一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺，其特征在于：包括以下步骤，
S1、将不同分子量的双酚A型环氧树脂和酚醛型环氧树脂混合，制备具有优良铺覆性和固化性的预浸料树脂；
S2、将预浸料树脂通过涂胶机均匀涂覆在特殊的离型纸上，通过调整辊的温度和转速来保证预浸料厚度均匀，无气泡，不产生预固化；
S3、将步骤S2涂覆好的离型纸与碳纤维通过多对辊轴碾压结合，制备得到快速固化碳纤维预浸料，并控制固化温度值范围为120-150摄氏度，固化反应时间小于等于5分钟，玻璃化转变温度大于等于120摄氏度。
7.如权利要求6所述的一种可快速固化且储存期长的碳纤维预浸料制作工艺，其特征在于：所述每1m2碳纤维预浸料所包含的碳纤维的质量为10g-600g。
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