CN107686632A - 一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，按重量份数计，包括如下成份：环氧树脂100份，酸酐类固化剂70‑100份，脱模剂1‑4份，固化促进剂1‑3份。本发明制备的拉挤树脂粘度低，小于600 mPa.s,非常适合拉挤成型，树脂与纤维具有很好的浸润性，同时在室温25℃下，拉挤24小时后，树脂稍微增稠，但粘度仍小于1500 mPa.s，具有很好的稳定性。高温固化后的碳纤维板材孔隙率低于0.1%，说明纤维与树脂具有良好的界面结合性能，极大地提高了碳纤维板材的抗拉强度，伸长率，弹性模量等性能参数。

Description

一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系

技术领域

本发明涉及化工领域，具体为一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系。

背景技术

现如今，世界上的建筑物和基础设施仍然以钢筋混凝土或钢筋结构为主，随着时间的推移，钢筋容易遭到周围环境的腐蚀，这严重降低了建筑物的服役寿命。而对建筑物结构进行加固成了目前最为有效的补救措施之一。碳纤维复合材料由于具有4倍于钢筋的抗拉强度，其密度仅为钢筋的1/4，而且具有耐腐蚀性好，耐久性优异，施工方便，减震性能好，热胀系数与混凝土近似等优点，正逐步取代传统的钢筋材料，成为了目前人们最为关注的加固材料之一。例如，碳纤维板材能够对桥梁，建筑物等具有很好的加固效果。由于拉挤成型能够生产截面形状不变，长度不受限制的制品，成为了碳纤维板材最为适合大批量生产的工艺。碳纤维板具有高的抗拉强度，国标GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中对I级碳纤维板的抗拉强度要求是2400 MPa，伸长率为1.7%，弹性模量为160GPa，而国内文献资料鲜有报道同时满足这三项指标水平。如专利CN 201210359092.3报道的碳纤维板的抗拉强度，伸长率和弹性模量各为2400 MPa，1.5%，140 GPa，其中伸长率和弹性模量远低于国家标准。碳纤维板的性能取决于碳纤维原丝自身的强度，其纤维体积含量以及树脂和纤维的界面结合。目前国内的碳纤维板性能低的很大部分原因是树脂和纤维的界面结合较弱，碳纤维原丝所受的载荷不能有效地传递到树脂中，形成整体受力，导致性能较差。为了满足成型工艺要求，所需拉挤用环氧树脂体系需要反应速度快、与纤维浸润性好、粘度低（低于2000 mPa.s具有好的工艺性）、固化收缩率低、耐高温等工艺性能。然而，目前国内的拉挤环氧体系普遍存在着粘度高，耐久性差（常温下使用24h后粘度高于2000mPa.s）和使用性较大的胺类固化剂(如专利申请号201110183270.7 “一种快速拉挤用耐高温环氧树脂组合物”)，此外，还有的体系中加入过量无机填料，严重影响了树脂与纤维的界面复配，导致复合材料性能较低。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，该树脂体系具有耐久性好，耐高温，固化收缩率低等优点。此外，对碳纤维具有很好的浸润性，高温固化后的碳纤维板板材的孔隙率低于0.1%，体积分数高达68%，抗拉强度超过2800MPa，伸长率超过1.75%，弹性模量高于165 GPa，层间剪切强度超过60 MPa，各项指标均超过国标GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中对I级碳纤维板的性能要求。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，按重量份数计，包括如下成份：环氧树脂90-120份，酸酐类固化剂50-120份，活性稀释剂0-7份，脱模剂1-7份，固化促进剂1-5份。

本发明中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或多种。

本发明中，所述酸酐类固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐或甲基六氢领苯二甲酸酐中的一种或两种。

本发明中，所述活性稀释剂为十二烷基缩水甘油醚、十三烷基缩水甘油醚和十四烷基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。

本发明中，所述脱模剂为合成树脂、甘油酯和有机酸衍生物以及有机磷酸酯共聚物的混合溶液。

本发明中，所述固化促进剂为三-(二甲胺基甲基)苯酚、烷基咪唑类。

本发明中，具体步骤如下：

1）、首先将100份环氧树脂与70-100份酸酐固化剂按比例混合，得到混合溶液，用大于1000 rpm的电动搅拌器搅拌5 min以上；

2）、在室温20-30℃的环境下，在正在搅拌的所述混合溶液中按比例依次加入活性稀释剂、脱模剂和促进剂，持续搅拌15 min以上；

3）、将步骤2）中搅拌后的混合物抽真空脱泡0.5h-2h后，可进行拉挤成型，生产碳纤维板材。

本发明的有益效果：制备的拉挤树脂粘度低，小于600 mPa.s,非常适合拉挤成型，树脂与纤维具有很好的浸润性，同时在室温25℃下，拉挤24小时后，树脂稍微增稠，但粘度仍小于1500 mPa.s，具有很好的稳定性。高温固化后的碳纤维板材孔隙率低于0.1%，说明纤维与树脂具有良好的界面结合性能，极大地提高了碳纤维板材的抗拉强度，伸长率，弹性模量等性能参数。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

将5 Kg双酚F型环氧树脂与4 Kg甲基六氢领苯二甲酸酐混合，用1000 rpm电动搅拌5min以上后，依次加入脱模剂(合成树脂、甘油酯和有机酸衍生物以及有机磷酸酯以1：1:1:1比例混合) 0.1Kg和促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚 0.1Kg，搅拌15min以上混合均匀，由于高速搅拌，树脂体系中含有大量气泡，呈现橘黄色。加入活性稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚0.5 Kg。室温静置10 min后，抽真空脱泡30-60 min，静置待用。拉挤成型工艺中胶槽温度为40 ℃，模具三段温度分别为120℃,150℃,180 ℃，拉挤速度300 mm/min,拉挤成型碳纤维板宽度为100 mm，厚度为1.2 mm。按照国标GB/T 3365-2008要求，测得碳纤维板孔隙含量为0.1%，体积分数为68%。按照国标GB/T 3354-2014 制样要求进行，测试碳纤维板材的拉伸强度，断裂伸长率和弹性模量，测得拉伸轻度为2950 MPa，伸长率为1.76%，弹性模量166GPa。按照JC/T 773-2010标准，测得碳纤维板的层间剪切强度为69 MPa。

实施例2：

将1.5 Kg双酚F型环氧树脂和3 Kg双酚A型环氧树脂与4.5 Kg甲基四氢领苯二甲酸酐混合，用1000 rpm电动搅拌5 min以上后，依次加入脱模剂（合成树脂、甘油酯和有机酸衍生物以及有机磷酸酯以1：0.5:1:1.5比例混合) 0.1 Kg和促进剂烷基咪唑类 0.1 Kg，搅拌15min以上混合均匀，由于高速搅拌，树脂体系中含有大量气泡，呈现橘黄色。室温静置10min后，抽真空脱泡30-60 min，静置待用。拉挤成型工艺中胶槽温度为40 ℃，模具三段温度分别为120℃,150℃,180 ℃，拉挤速度300 mm/min,拉挤成型碳纤维板宽度为100 mm，厚度为1.2 mm。按照国标GB/T 3365-2008要求，测得碳纤维板孔隙含量为0.1%，体积分数为68%。按照国标GB/T 3354-2014 制样要求进行，测试碳纤维板材的拉伸强度，断裂伸长率和弹性模量，测得拉伸轻度为2830 MPa，伸长率为1.75%，弹性模量161 GPa。按照JC/T 773-2010标准，测得碳纤维板的层间剪切强度为65 MPa。

实施例3：

将3Kg双酚F型环氧树脂与2Kg双酚A型环氧树脂组成的混合物，与4.5Kg甲基四氢领苯二甲酸酐混合，用1000rpm电动搅拌5 min以上后，依次加入脱模剂(合成树脂、甘油酯和有机酸衍生物以及有机磷酸酯以1:1:1:1比例混合)0.1 Kg和促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚0.1 Kg，搅拌15min以上混合均匀，由于高速搅拌，树脂体系中含有大量气泡，呈现橘黄色。室温静置10 min后，抽真空脱泡30-60 min，静置待用。拉挤成型工艺中胶槽温度为40 ℃，模具三段温度分别为120℃,150℃,180 ℃，拉挤速度300 mm/min,拉挤成型碳纤维板宽度为100 mm，厚度为1.2 mm。按照国标GB/T 3365-2008要求，测得碳纤维板孔隙含量为0.1%，体积分数为68%。按照国标GB/T 3354-2014 制样要求进行，测试碳纤维板材的拉伸强度，断裂伸长率和弹性模量，测得拉伸轻度为2900 MPa，伸长率为1.75%，弹性模量161 GPa。按照JC/T 773-2010标准，测得碳纤维板的层间剪切强度为65 MPa。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，其特征是，按重量份数计，包括如下成份：

环氧树脂 90-120份，

酸酐类固化剂 50-120份，

活性稀释剂 0-7份

脱模剂 1-7份，

固化促进剂 1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，其特征是：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，其特征是：所述酸酐类固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐或甲基六氢领苯二甲酸酐中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，其特征是：所述活性稀释剂为十二烷基缩水甘油醚、十三烷基缩水甘油醚和十四烷基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，其特征是：所述脱模剂为合成树脂、甘油酯和有机酸衍生物以及有机磷酸酯共聚物的混合溶液。

6.根据权利要求1所述的一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系，其特征是：所述固化促进剂为三-（二甲胺基甲基）苯酚、烷基咪唑类。

7.根据权利要求1-5中所述的一种拉挤成型碳纤维板材的环氧树脂体系的制备方法，其特征是：具体步骤如下：

1）、首先将100份环氧树脂与70-100份酸酐固化剂按比例混合，得到混合溶液，用大于1000 rpm的电动搅拌器搅拌5 min以上；

2）、在室温20-30℃的环境下，在正在搅拌的所述混合溶液中按比例依次加入活性稀释剂、脱模剂、促进剂，持续搅拌15 min以上；

3）、将步骤2）中搅拌后的混合物抽真空脱泡0.5h-2h后，可进行拉挤成型，生产碳纤维板材。