CN106987092A - 阳离子光固化制备纤维增强树脂基复合材料的方法及其树脂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳离子光固化制备纤维增强树脂基复合材料的方法及其树脂组合物，属于光固化技术、树脂基复合材料技术领域。该阳离子光固化树脂组合物的配方中各原料组成及组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-10份，光敏剂0-10份，活性稀释剂0-35份，添加剂0-30份。本发明的紫外光固化树脂组合物以光引发-分散活性中心的方法制备得到纤维增强树脂基复合材料，具有固化能耗低、固化速度快、固化厚度大，可实现一次性快速深层固化。以该组合物和方法制备的纤维增强树脂基复合材料抗拉强度好，可以解决不透光体系或厚尺寸体系的光固化厚度的问题。

Description

阳离子光固化制备纤维增强树脂基复合材料的方法及其树脂组合物

技术领域

本发明涉及树脂基复合材料技术领域，具体地说是利用阳离子光固化反应中活性中心寿命长、体系可以后固化的特点，快速制备纤维增强树脂基复合材料。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强、可设计性强、抗疲劳性能好、易实现多部件一体化等特点，在现代工业上得到了大量应用。随着我国碳纤维规模生产扩大，在逐步满足国内航空航天等高精尖领域的需要后，碳纤维在工业领域的应用开发就成为碳纤维及其复合材料完整产业链亟待解决的问题。目前，制约碳纤维规模应用首要因素是碳纤维昂贵的价格，其次是加工成型过程中的时间成本。

碳纤维增强复合材料的生产过程也是制品的生产过程，生产工艺水平直接影响最终产品的性能。以真空灌注成型工艺为例，首先将与制品形状相近的碳纤维增强材料放入模具中，然后在负压下快速注入热固性树脂，同时将模具在80-180℃下保持一段时间，进行充分的固化反应，最后脱模修边，得到最终制品。可以看出，能耗高、耗时较长始终是碳纤维增强复合材料制造过程中的劣势，不但增加了材料的制造成本，还与当今绿色环保、可持续发展的理念相背离，严重制约了它的进一步扩大应用。

与热固化相比，紫外光固化反应简单、便捷高效，仅需对材料的工作面进行照射，能耗仅是后者的十分之一到五分之一，运营维护成本低，已经被广泛的使用于各个生产领域中。

本发明根据阳离子光固化反应中活性中心寿命长、体系可以后固化的特点，利用真空灌注成型技术快速制备碳纤维增强树脂基复合材料，为降低整个复合材料制造过程的能耗及时间奠定基础，达到绿色发展、低碳及可持续发展的目的。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种可快速固化的阳离子光固化树脂组合物及其制备纤维增强树脂基复合材料的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

(1)本发明提供一种阳离子光固化树脂组合物，其配方中原料组成及各组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-10份，光敏剂0-10份，活性稀释剂0-35份，添加剂0-30份。

(2)所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或多种，如E44环氧树脂、E51环氧树脂、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、环氧改性有机硅树脂中的一种或多种。

(3)所述光引发剂为碘鎓盐、硫鎓盐中的一种或多种，如4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸盐、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐中的一种或多种。

(4)所述光敏剂为α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，二苯酮，安息香甲醚，安息香异丙基醚，安息香丁醚，苯偶酰，米蚩酮，硫杂蒽酮中的一种或多种。光敏剂的引入，以提高阳离子引发剂的引发效率。

(5)所述活性稀释剂为环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷苯基醚、丙烯基缩水甘油醚、双缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚中的一种或多种。活性稀释剂的引入，可用于调节环氧树脂的黏度，改善操作工艺系统的可操作性。

(6)所述添加剂为粉末或颗粒形式的填料、颜料、纳米填料中的一种或多种，如氧化铝、玻璃、陶瓷、石英、气相二氧化硅等粉末或颗粒形式的填料或炭黑或钛白等颜料，还可以加入纳米填料，比如纳米二氧化硅，纳米尼龙纤维等。填料的引入，一方面可提高所形成固化物的强度，减少固化的体积收缩，另一方面可调节环氧树脂的黏度，改善操作工艺性。

本发明提供一种纤维增强树脂基复合材料，由上述阳离子光固化树脂组合物基体相混合纤维增强相后制备得到，所述纤维增强相为碳纤维布或者玻璃纤维布，其中每100重量份纤维增强树脂基复合材料中含有40-75重量份的紫外光固化树脂组合物。

本发明的纤维增强树脂基复合材料，其制备方法包括如下步骤：

(1)用紫外灯辐照混有光引发剂等原料的环氧树脂，使其表面产生阳离子活性中心；

(2)迅速导入已经铺放好纤维增强材料并且抽完真空的模具中，进行后固化反应，反应完全后，脱模可得到制品。

与现有技术相比，本发明的紫外光固化树脂组合物及其制备纤维增强树脂基复合材料的方法的有益效果是：

(1)本发明的阳离子光固化树脂组合物具有后固化的特点，可以解决不透光体系或厚尺寸体系的光固化厚度的问题，并且该方法简单便捷，能耗低。

(2)本发明以该组合物为基体相并以该方法制备的纤维增强树脂基复合材料抗拉强度好，铺设6层纤维增强相的树脂基复合材料在5-60分钟内即可完成一次性快速深层固化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的紫外光固化树脂组合物及其纤维增强树脂基复合材料作以下详细地说明。

本发明所述紫外光光源可以是各种产生紫外光的光源，可以根据光引发剂的类型选择，如常用的高压汞灯，LED光源、氙灯。

实施例1

将E44环氧树脂90份、4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸盐0.5份加入反应容器中混合，将混合物经紫外光曝光后，通过真空灌注机，迅速将曝光后的树脂注入已经铺放好碳纤维增强材料的真空灌注模具中，进行后固化反应，反应完全后，脱模可得到制品。其中每100g纤维增强树脂基复合材料中含有40g的紫外光固化树脂组合物。

实施例2

将E51环氧树脂100份、三苯基硫鎓盐0.1份加入反应容器中混合，搅拌均匀，得紫外光固化树脂组合物。本实施例紫外光固化树脂固化物及纤维增强树脂基复合材料制备方法同实施例1，不同的是其中每100g纤维增强树脂基复合材料中含有60g的紫外光固化树脂组合物。

实施例3

将3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯110份、二苯基碘鎓六氟磷酸盐0.4份、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐0.3份加入反应容器中混合，搅拌均匀，得紫外光固化树脂组合物。本实施例紫外光固化树脂固化物及纤维增强树脂基复合材料制备方法同实施例1，不同的是其中每100g纤维增强树脂基复合材料中含有75g的紫外光固化树脂组合物。

实施例4

将E51环氧树脂55份、环氧改性有机硅树脂环氧树脂ES-0640份、三苯基硫鎓盐2份、安息香丁醚0.2份、环氧丙烷苯基醚30份加入反应容器中混合，搅拌均匀，得紫外光固化树脂组合物。本实施例紫外光固化树脂固化物及纤维增强树脂基复合材料制备方法同实施例1，不同的是其中每100g纤维增强树脂基复合材料中含有65g的紫外光固化树脂组合物。

实施例5

将双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯20份、环氧改性有机硅树脂环氧树脂ES-0680份、4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸盐1份、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐1份、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮0.2份、双缩水甘油醚15份、乙二醇双缩水甘油醚10份、填料15份加入反应容器中混合，搅拌均匀，得紫外光固化树脂组合物。本实施例紫外光固化树脂固化物及纤维增强树脂基复合材料制备方法同实施例1，不同的是其中每100g纤维增强树脂基复合材料中含有35g的紫外光固化树脂组合物。

实施例6

实施例1至5中任一纤维增强树脂基复合材料铺设层数3层，固化后在材料万能试验机上测试器其拉伸性能，其抗拉强度达1500MPa至2600MPa以上。

Claims (8)

1.一种阳离子光固化树脂组合物及其制备纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征如下：在紫外灯下辐照混有光引发剂等原料的环氧树脂组合物，引发聚合后，迅速进行真空灌注，将树脂导入已经铺放好纤维增强材料的模具中，进行固化反应，脱模可得到制品。

2.根据权利要求1所述的阳离子光固化制备纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征在于：先将反应体系在紫外辐照下引发，然后迅速进行真空灌注成型。

3.根据权利要求1所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于其配方中原料组成及各组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-10份，光敏剂0-10份，活性稀释剂0-35份，添加剂0-30份。

4.根据权利要求3所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于所述光引发剂为碘鎓盐、硫鎓盐、茂铁盐中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于所述光敏剂为α,α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，二苯酮，安息香甲醚，安息香异丙基醚，安息香丁醚，苯偶酰，米蚩酮，硫杂蒽酮中的一种或多种。

7.根据权利要求3所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于所述活性稀释剂为环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷苯基醚、丙烯基缩水甘油醚、双缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚中的一种或多种。

8.根据权利要求3所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于所述添加剂为粉末或颗粒形式的填料、颜料、纳米填料中的一种或多种。