CN107033550A - 一种纤维预浸料用快速固化树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高性能树脂基复合材料技术领域，具体涉及一种纤维预浸料用快速固化树脂及其制备方法。本发明的快速固化树脂按质量份数计包括以下组分：80‑100份组分A、4‑8份固化剂B、2‑6份促进剂C，所述组分A由缩水甘油醚型环氧树脂、增韧型环氧树脂和酚醛环氧树脂组成。本发明大大降低了碳纤维/环氧树脂成型时间；降低了预浸料制作温度及缩短了成型时间，大大节约能耗，提高生产效率；采用改性有机脲促进剂与咪唑促进剂复配，大大缩短了树脂凝胶时间，而树脂整体强度与普通树脂强度相当，不影响复合材料的整体性能。

Description

一种纤维预浸料用快速固化树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于高性能树脂基复合材料技术领域，具体涉及一种纤维预浸料用快速固化树脂及其制备方法。
背景技术
碳纤维/环氧树脂复合材料具有质量轻、比强度高、尺寸稳定性好等诸多优点，广泛应用于国防和民用尖端领域。在碳纤维/环氧树脂复合材料中，基体树脂起着粘附纤维并传递载荷的作用，基体树脂性能的优劣对复合材料的性能具有决定性的影响。
碳纤维/环氧树脂复合材料较低的成型效率和高昂的成本使其产品价格居高居不下，目前大部分碳纤维/环氧树脂复合材料成型时间在150℃*30min模内成型加高温后固化，整个成型周期需要近2小时。
为了满足快速成长的轻量化汽车工业及电子3C产业的发展，碳纤维被越来越多的应用到其它部件中。为了实现先进复合材料在汽车及电子3C领域的规模化应用，必须解决碳纤维/环氧树脂复合材料成型效率和成本的问题。目前已有报道，国外赫氏公司采用快速固化树脂体系，实现了热固性树脂基复合材料成型周期的大幅度缩短，将固化时间缩短至5min以内，并制备了复合材料一体式车架。该项技术使得复合材料用于汽车零部件的高效制造成为可能。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种纤维预浸料用快速固化树脂及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种纤维预浸料用快速固化树脂，包括以下按质量份数计的组分：80-100份组分A、4-8份固化剂B、2-6份促进剂C，所述组分A由缩水甘油醚型环氧树脂、增韧型环氧树脂和酚醛环氧树脂组成。
优选地，所述组分A按质量分数计由10-70％的缩水甘油醚型环氧树脂、10-50％的增韧型环氧树脂、20-80％的酚醛型环氧树脂组成。
优选地，所述缩水甘油醚型环氧树脂包括NPEL-127环氧树脂、NPEL-128环氧树脂、NPEL-134环氧树脂、NPES-901环氧树脂、NPES-902环氧树脂、NPES-904环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述增韧型环氧树脂包括苯氧树脂JER1256、苯氧树脂PKHH和聚氨酯改性环氧ERS-133中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述酚醛型环氧树脂包括NPPN-631环氧树脂、NPPN-638S环氧树脂和NPCN-704环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述固化剂B是双氰胺，包括Dyhard 100S、Dyhard 100SF、Ecure 14和超细双氰胺中的一种或两种以上。
优选地，所述促进剂C由改性有机脲促进剂和咪唑促进剂组成，按质量比，改性有机脲促进剂：咪唑促进剂为1:1-5:1。
进一步优选地，所述改性有机脲促进剂包括UR500、FXE-1030、ICAM-8403、ICAM-8406中一种或两种以上，所述咪唑促进剂包括二甲基咪唑、二苯基咪唑、二乙基四甲基咪唑中的一种或两种以上。
上述纤维预浸料用快速固化树脂的制备方法，包括以下步骤，
(1)将组分A加热到130-150℃，熔融搅拌混合均匀；
(2)降温后加入固化剂和促进剂，搅拌混合均匀，得到成品树脂。
优选地，步骤(2)所述降温至65-75℃。
储存条件：使用本发明的树脂制备出来的预浸料具有良好的贴合性和较长的贮存期，室温放置30天后仍能满足铺贴成型工艺的需要。
成型工艺：采用本发明中快速固化树脂制作的预浸料固化成型包括“模具内成型”和“高温热处理”两个部分。其中“模具内成型”的步骤是：将预浸料按经纬次序交替贴合好，然后将预型好的产品放入热的模具中，加压固化5min，热压机的压力为3～20MPa，结束后除去压力，直接热开模(可以有效地提高生产效率和降低生产成本)。将脱模后的复合材料转移至烘箱中进行“高温热处理”，烘箱的温度为150℃，热处理的时间为30min，通过高温热处理，可以进一步提高树脂的交联密度，有助于提高复合材料的玻璃化转变温度，同时，高温热处理可以有效地消除因快速固化而产生的内应力。
本发明的有益效果：
本发明的快速固化树脂由组分A、固化剂B和促进剂C组成，其具有以下优点，
1.大大降低了碳纤维/环氧树脂成型时间，在模具中成型时间只有原来的1/5；
2.预浸料制作温度降低及成型时间缩短，大大节约能耗，提高生产效率；
3.采用改性有机脲促进剂与咪唑促进剂复配，大大缩短了树脂凝胶时间，使得本发明的快速固化树脂在150℃的凝胶时间仅45s，明显低于普通树脂的220s；
4.本发明的快速固化树脂的整体强度与普通树脂强度相当，不影响复合材料的整体性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
将20份NPEL-127环氧树脂、30份NPES-901环氧树脂、25份NPPN-631环氧树脂、15份JER1256增韧环氧树脂混合，在130℃加热3-4小时，待树脂完全熔融后，用搅拌机搅拌使树脂分散均匀，自然降温到70℃，加入6份双氰胺Dyhard 100S、5份UR500及1份二乙基四甲基咪唑，搅拌混合均匀，得到快速固化树脂。
实施例2
将20份NPEL-128环氧树脂、30份NPES-904环氧树脂、25份NPPN-631环氧树脂、15份ERS-133增韧环氧树脂混合，在130℃加热3-4小时，待树脂完全熔融后，用搅拌机搅拌使树脂分散均匀，自然降温到70℃，加入6份双氰胺Dyhard 100SF、1份ICAM-8403及1份二苯基咪唑，搅拌混合均匀，得到快速固化树脂。
实施例3
将20份NPEL-128环氧树脂、30份NPES-904环氧树脂、25份NPPN-631环氧树脂、15份PKHH增韧环氧树脂混合，在130℃加热3-4小时，待树脂完全熔融后，用搅拌机搅拌使树脂分散均匀，自然降温到70℃，加入6份双氰胺Ecure 14、1份ICAM-8406及1份二苯基咪唑，搅拌混合均匀，得到快速固化树脂。
实施例4
将20份NPEL-128环氧树脂、30份NPCN-704环氧树脂、25份NPPN-638S环氧树脂、15份ERS-133增韧环氧树脂混合，在130℃加热3-4小时，待树脂完全熔融后，用搅拌机搅拌使树脂分散均匀，自然降温到70℃，加入6份超细双氰胺、3份FXE-1030及1份二甲基咪唑，搅拌混合均匀，得到快速固化树脂。
将实施例1制得的快速固化树脂与普通树脂进行比较，结果列在表1和表2中。
表1基本性能比较
120℃凝胶时间 150℃凝胶时间 70℃粘度 Tg(℃)
快速固化树脂 200s 45s 12000cps 135
普通树脂 600s 220s 11000cps 132
表2力学性能比较
由表1可以看出，本发明的快速固化树脂在120℃和150℃凝胶时间明显比普通树脂的凝胶时间更短，而本发明的快速固化树脂在70℃的粘度与普通树脂基本相同，且两者的Tg基本相同。
由表2可以看出，本发明的快速固化树脂与普通树脂在拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、断裂伸长率等力学性能方面基本相同，表明本发明的快速固化树脂的整体强度与普通树脂强度相当，不影响复合材料的整体性能。
将实施例1制得的快速固化树脂用在碳纤维预浸料中，测试结果如下：
1：碳纤维手机壳，厚度1.3mm，150℃*5min固化，树脂固化度能够达到97％；
2：碳纤维平板，厚度2.0mm，经150℃*6min固化，树脂固化度能够达到95％；
3：碳纤维头盔，厚度2.0mm，经150℃*5min固化，树脂固化度能够达到95％。
测试表明本发明的快速固化树脂完全能满足生产制成，并能够节约一半的成型时间。

Claims (10)

1.一种纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，包括以下按质量份数计的组分：80-100份 组分A、4-8份 固化剂B、2-6份 促进剂C，所述组分A由缩水甘油醚型环氧树脂、增韧型环氧树脂和酚醛环氧树脂组成。
2.根据权利要求1所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述组分A按质量分数计由10-70%的缩水甘油醚型环氧树脂、10-50%的增韧型环氧树脂、20-80%的酚醛型环氧树脂组成。
3.根据权利要求1或2所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述缩水甘油醚型环氧树脂包括NPEL-127环氧树脂、NPEL-128环氧树脂、NPEL-134环氧树脂、NPES-901环氧树脂、NPES-902环氧树脂、NPES-904环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述增韧型环氧树脂包括苯氧树脂JER1256、苯氧树脂PKHH和聚氨酯改性环氧ERS-133中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述酚醛型环氧树脂包括NPPN-631环氧树脂、NPPN-638S环氧树脂和NPCN-704环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述固化剂B是双氰胺，包括Dyhard 100S、Dyhard 100SF、Ecure 14和超细双氰胺中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述促进剂C按质量比由改性有机脲促进剂：咪唑促进剂为1:1-5:1组成。
8.根据权利要求7所述的纤维预浸料用快速固化树脂，其特征在于，所述改性有机脲促进剂包括UR500、FXE-1030、ICAM-8403、ICAM-8406中一种或两种以上，所述咪唑促进剂包括二甲基咪唑、二苯基咪唑、二乙基四甲基咪唑中的一种或两种以上。
9.根据权利要求1-8所述的纤维预浸料用快速固化树脂的制备方法，包括以下步骤，
（1）将组分A加热到130-150℃，熔融搅拌混合均匀；
（2）降温后加入固化剂B和促进剂C，搅拌混合均匀，得到成品快速固化树脂。
10.根据权利要求9所述的纤维预浸料用快速固化树脂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述降温至65-75℃。
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