CN107286585B - 一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶及其制备方法 - Google Patents

一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶包括以下重量份比例的组分：双酚F型环氧树脂35‑55份；中分子量环氧树脂20‑30份；改性环氧树脂10‑15份；PVF树脂3‑5份；增韧剂2‑4份；石墨烯0.3‑2份；微粉双氰胺7‑10份；促进剂1‑4份；表面活性剂0.1‑0.5份。不仅弥补了现有的环氧热熔胶的韧性不足的缺陷，提高了以环氧热熔胶为基体树脂的高模量碳纤维复合材料的抗弯强度和抗冲击强度；并解决了高模量碳纤维在预浸料生产过程中难展纱的问题，使环氧热熔胶对碳纤维的静态浸润性提高，提高碳纤维预浸料的纤维分布的均匀性以及平行度，进而提高碳纤维制品的力学性能。

Description

一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及粘结剂领域，特别涉及一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶。
背景技术
碳纤维复合材料具有高强度，高模量，轻质量等特征，其主要应用航空和军工领域。近年来，由于国内碳纤维制造技术的发展，碳纤维生产成本不断下降，碳纤维复合材料的制造成本也随之下降。因此碳纤维复合材料在运动休闲行业、汽车制造行业和其他工业领域得到了飞速发展。当前，碳纤维复合材料的成型主要有手糊、RTM、模压、卷绕、热压罐、拉挤等工艺。本发明的高模量碳纤维预浸料主要应用于模压、卷绕、热压罐成型工艺。目前，碳纤维预浸料尤其是高模量碳纤维预浸料存在以下问题：
1、由于高模量碳纤维具有模量高、脆性大的特征，现有的环氧热熔胶的韧性不足以弥补高模量碳纤维的脆性大的缺陷，导致以此为基体树脂的高模量碳纤维复合材料的抗弯强度和抗冲击强度差。
2、高模量碳纤维直径比较细，在预浸料生产过程中纤维的展纱性难，现有的增韧型环氧热熔胶主要采用CTBN等弹性体作为增韧剂，其粘度高，流动性和浸润性很差，对碳纤维的浸润慢，润滑性差，不能有效辅助展纱，从而导致碳纤维预浸料的纤维分布不均，平行度差，严重的会产生缝隙，进而影响碳纤维复合材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处,公开一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶及其制备方法，弥补了现有的环氧热熔胶的韧性不足的缺陷，并解决了高模量碳纤维在预浸料生产过程中难展纱的问题，提高了高模量碳纤维制品的力学性能。
本发明是这样实现的：一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，包括以下重量份比例的组分：
优选地，双酚F型环氧树脂的环氧当量为160～180，型号是NPEF-170。
优选地，中分子量环氧树脂的环氧当量为460～800，包括NPES901和NPES904，其中NPES901的重量份数为10-15份，NPES904的重量份数为10-15份。
优选地，改性环氧树脂是指环氧当量为180～210，型号是NPPN-638s。
优选地，PVF树脂的粘度是15S。
优选地，增韧剂的型号是微粉聚四氟乙烯，粒径小于5微米。
优选地，微粉双氰胺的型号为Dyhard 100SF。
优选地，促进剂的型号为DyhardUR 400。
优选地，表面活性剂是有机硅类表面活性剂或有机氟类表面活性剂的任意一种。
优选地，所述石墨烯为改性型石墨烯。
上述用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶的制备方法，它包括如下依序进行的步骤：
(一)、将35-55份双酚F型环氧树脂、2-4份增韧剂、0.3-2份石墨烯、0.1-0.5份表面活性剂、7-10份微粉双氰胺、1-4份促进剂加入到料桶内，用高速分散机在1440转/分钟分散均匀；
(二)、分散均匀后，用三辊研磨机研磨3-5次；
(三)、将20-30份中分子量环氧树脂、10-15份改性环氧树脂、3-5份PVF树脂加入到搅拌釜内，在真空条件下，升温至150℃，缓慢搅拌，至所有物料熔融完，继续搅拌至体系由浑浊变成透明状，然后保持真空状态下搅拌降温到70℃；
(四)、将步骤二研磨好的物料加入到反应釜，在真空条件下，以60转/分钟搅拌30分钟，取出物料并迅速降温至20℃以下，即得到高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶。
本发明制备的用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，不仅弥补了现有的环氧热熔胶的韧性不足的缺陷，提高了以环氧热熔胶为基体树脂的高模量碳纤维复合材料的抗弯强度和抗冲击强度；并解决了高模量碳纤维在预浸料生产过程中难展纱的问题，使环氧热熔胶对碳纤维的静态浸润性提高，提高碳纤维预浸料的纤维分布的均匀性以及平行度，进而提高碳纤维制品的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行详细的说明。
(一)具体实施方式如下：
一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，由以下组分和重量份数比配制而成：
一种高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶的制备方法，它包括如下依序进行的步骤：
(一)、将35-55份双酚F型环氧树脂NPEF-170、2-4份微粉聚四氟乙烯、0.3-2份改性型石墨烯、0.1-0.5份表面活性剂、7-10份微粉双氰胺Dyhard 100SF、1-4份促进剂DyhardUR 400加入到料桶内，用高速分散机在1440转/分钟分散均匀；
(二)、分散均匀后，用三辊研磨机研磨3-5次；
(三)、将10-15份中分子量环氧树脂NPES901、10-15份中分子量环氧树脂NPES904、10-15份改性环氧树脂NPPN-638s、3-5份PVF树脂加入到搅拌釜内，在真空条件下，升温至150℃，缓慢搅拌，至所有物料熔融完，继续搅拌至体系由浑浊变成透明状，然后保持真空状态下搅拌降温到70℃；
(四)、将步骤二研磨好的物料加入到反应釜，在真空条件下，以60转/分钟搅拌30分钟，取出物料并迅速降温至20℃以下，即得到高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶。
本实施例制备的用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶是一种中温固化体系，其在常温下为半固态，70℃粘度为10000cps～20000cps，70℃可操作期为3-4小时，25℃环境下可储存3个月，5℃以下可存储6个月，-18℃下存储12个月。不仅弥补了现有的环氧热熔胶的韧性不足的缺陷，提高了以环氧热熔胶为基体树脂的高模量碳纤维复合材料的抗弯强度和抗冲击强度；并解决了高模量碳纤维在预浸料生产过程中难展纱的问题，使环氧热熔胶对碳纤维的静态浸润性提高，提高碳纤维预浸料的纤维分布的均匀性以及平行度，进而提高碳纤维制品的力学性能。
本实施例所提供的用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶采用PVF、微粉聚四氟乙烯、改性型石墨烯来取代传统增韧剂CTBN，具有以下优势：
PVB树脂具有优异的韧性，其分子量与中分子量环氧树脂相当，且与环氧树脂的相容性好，混合后不影响体系的流动性。
微粉聚四氟乙烯和改性型石墨烯，其一，二者拥有自润滑的特性，从而改变了体系的润滑性。其二，二者呈微粉状混入可以填补预浸料成型时可能产生的气孔，减少缺陷，从而提高碳纤维制品的强度。其三，改性型石墨烯在增韧的同时，由于其自身特有的高刚性和高硬度，因此加入改性型的石墨烯后技能增加制品的韧性的同时也提高碳纤维的制品的刚性和表面硬度。
(二)实施例如下：
一种高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，由下表所示组分和重量份数比配制而成：
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
NPEF-170 41 41 41 41
NPES901 13 10 10 10
NPES904 11.4 11.2 11.4 11.2
NPPN-638s 18 18 18 18
PVF树脂 3 3 5 5
增韧剂 4 4 2 2
石墨烯 0.5 0.5 0.5 0.5
表面活性剂 0.1 0.3 0.1 0.3
Dyhard100SF 7.5 7.5 7.5 7.5
DyhardUR400 1.5 1.5 1.5 1.5
表1实施例组分和重量份数明细
具体操作工艺如下：
(一)、将NPEF-170、增韧剂、石墨烯、表面活性剂、Dyhard 100SF、DyhardUR 400分别按上表所示比例加入到料桶内，用高速分散机在1440转/分钟分散均匀，然后将混合均匀的体系用三辊研磨机研磨3-5次；
(二)、分散均匀后，用三辊研磨机研磨3-5次；
(三)、将NPES901，NPES904、NPPN-638s、PVF树脂分别按上表所示比例加入到搅拌釜内，在真空条件升温至150℃，缓慢搅拌，至所有物料熔融完，继续搅拌至体系由浑浊变成透明状，然后保持真空状态下，搅拌降温到70℃；
(四)、将步骤二研磨好的物料加入到反应釜，在真空条件下，以60转/分钟搅拌30分钟，取出物料并迅速降温至20℃以下，即得到高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶。
取本发明制备的高模量碳纤维预浸料用环氧热熔胶，放入烘箱70℃烘烤45分钟，在一段式或者两段式工艺将高模量碳纤维和环氧热熔胶制造成碳纤维预浸料。在此过程中发现使用本发明所提供的环氧热熔胶所制造的高模量碳纤维预浸料的性能相对于对比实施例的树脂要高，表2是实施例1～4和对比实施例(对比实施例是某上市公司的产品)的树脂浇注体的性能对比，表3是实施例1～4和对比实施例的碳纤维(T800)板的性能对比。
将实施例1～4和对比实施例的树脂做成127*12.7*3mm的浇注体，固化条件为：95℃(60分钟)+105℃(40分钟)+145℃(60分钟)。
将由实施例1～4和对比实施例的树脂生产的高模量碳纤维预浸料制作成127*12.7*3mm样片。
表2树脂浇注体的性能对比
表3碳纤维(T800)样片的性能对比
通过表2和表3的对比，由本发明制备的高模量碳纤维预浸料用环氧热熔胶的实施例1～4的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度都比对比实施例要高出10％以上。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不止仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于，包括以下重量份比例的组分：
所述增韧剂的型号是微粉聚四氟乙烯，粒径小于5微米。
2.根据权利要求1所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于：所述双酚F型环氧树脂的环氧当量为160～180，型号是NPEF-170。
3.根据权利要求1所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于：所述中分子量环氧树脂的环氧当量为460～800，包括NPES901和NPES904，其中NPES901的重量份数是10-15份，NPES904的重量份数是10-15份。
4.根据权利要求1所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于：所述改性环氧树脂是指环氧当量为180～210，型号是NPPN-638s。
5.根据权利要求1所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于：所述微粉双氰胺的型号为Dyhard 100SF。
6.根据权利要求1所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于：所述促进剂的型号为DyhardUR 400。
7.根据权利要求1所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶，其特征在于：所述表面活性剂是有机硅类表面活性剂或有机氟类表面活性剂的任意一种。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的一种用于高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶的制备方法，其特征在于：它包括如下依序进行的步骤：
(一)、将35-55份双酚F型环氧树脂、2-4份增韧剂、0.3-2份石墨烯、0.1-0.5份表面活性剂、7-10份微粉双氰胺、1-4份促进剂加入到料桶内，用高速分散机在1440转/分钟分散均匀；
(二)、分散均匀后，用三辊研磨机研磨3-5次；
(三)、将20-30份中分子量环氧树脂、10-15份改性环氧树脂、3-5份PVF树脂加入到搅拌釜内，在真空条件下，升温至150℃，缓慢搅拌，至所有物料熔融完，继续搅拌至体系由浑浊变成透明状，然后保持真空状态下搅拌降温至70℃；
(四)、将步骤二研磨好的物料加入到反应釜，在真空条件下，以60转/分钟搅拌30分钟，取出物料并迅速降温至20℃以下，即得到高模量碳纤维预浸料的环氧热熔胶。
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