CN108929520A - 一种快速固化自粘性预浸料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速固化自粘性预浸料，所述预浸料中的树脂为自粘性快速固化环氧树脂，预浸料中的树脂包括由环氧树脂混合物、固化剂、增韧剂，其中环氧树脂混合物占树脂总重量的60~80%，固化剂使用微胶囊快速固化剂，占树脂总重量的10~30%，胶囊破壁温度在100℃以上，增韧剂及其他助剂占树脂重量的10~20%。该预浸料可同时实现自粘性及快速固化特性，同时预浸料室温储存期长，性能优异，成型周期快。可用于航空航天等主承力及次承力蜂窝夹层壁板结构的高效低成本制造。

Description

一种快速固化自粘性预浸料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体地说是一种快速固化自粘性预浸料及其制备方法。

背景技术

高性能预浸料和先进复合材料已在航空航天及工业领域得到了广泛的推广应用。环氧树脂类复合材料作为用量最大的一类复合材料，近些年来发展迅速，逐渐向着多功能化及低成本化方向发展。其中，复合材料在汽车和民用航空领域面临的最大问题是成本高及生产效率低等问题。当前，低温固化及快速固化是复合材料发展的主要方向。环氧树脂实现快速固化需要解决快速成型与室温储存期之间的关键矛盾。

预浸料作为复合材料的重要中间材料，其性能和功能性决定着复合材料的使用性。当前，飞机壁板、机身、内饰及船舶、轨道交通等主体结构大多采用蜂窝夹层结构，目前使用的成型工艺多为使用预浸料、胶膜与蜂窝固化的工艺，胶膜面密度一般较厚，不仅增加了制件的重量，同时增加了生产成本。国外如Hexcel等公司研发的M20等树脂及预浸料体系可实现自粘性粘接蜂窝，有效避免了使用胶膜粘接带来的制件变重和成本增加的问题，但材料固化周期普遍在2小时以上，成型周期慢。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种快速固化自粘性预浸料及其制备方法。该预浸料可同时实现自粘性及快速固化特性，同时预浸料室温储存期长，性能优异，成型周期快。可用于航空航天等主承力及次承力蜂窝夹层壁板结构的高效低成本制造。

为实现以上技术目的，本发明包括以下技术方案：

一种快速固化自粘性预浸料，所述预浸料中的树脂为自粘性快速固化环氧树脂，预浸料中的树脂包括由环氧树脂混合物、固化剂、增韧剂，其中环氧树脂混合物占树脂总重量的60~80%，固化剂使用微胶囊快速固化剂，占树脂总重量的10~30%，胶囊破壁温度在100℃以上，可有效实现树脂快速固化及室温长效储存，增韧剂及其他助剂占树脂重量的10~20%。

作为优选，上面所述环氧树脂混合物中的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂的一种或几种的混合，混合物环氧值为0.3~0.7。

作为优选，上面所述微胶囊快速固化剂的胶囊壁材料为聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜树脂等耐高温热塑性树脂，活性固化剂为胺类、咪唑及其衍生物，如咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑，2-苯基-4甲基咪唑，1-氰基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基-2-苯基咪唑、4-二氨基二苯甲烷、4，4-二氨基二苯砜、改性双氰胺、双氰胺或酸酐类等的一种或几种的混合。

作为优选，上面所述增韧剂为热塑性树脂或橡胶类弹性体。

作为优选，上面所述增韧剂为聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺醚、聚酮醚、聚醚醚酮、聚苯醚、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚硫橡胶、液体氯丁橡胶、端胺基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶、端环氧基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶、端羧基聚丁二烯液体橡胶、端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶、聚氨酯或硅橡胶一种或几种的混合。

一种上述快速固化自粘性预浸料的制备方法，使用快速固化自粘性树脂，在60~75℃下使用胶膜机制备热熔树脂胶膜，胶膜机生产速度为8~15m/min，使用预浸机将树脂胶膜与增强材料进行复合，复合温度为65~80℃，速率为3~5m/min，可用于制备快速固化自粘性环氧树脂预浸料的增强材料选自纤维、纤维织物、纤维毡。

作为优选，上面所述纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维，所述纤维织物选自玻璃纤维织物、碳纤维织物或石英纤维织物，所述纤维毡选自碳纤维毡或玻璃纤维毡。

采用本发明所述技术方案制备的快速固化自粘性环氧树脂预浸料可在130℃/15min或150℃/5min实现快速固化，固化后复合材料的玻璃化转变温度超过140℃，预浸料可实现自粘性粘接蜂窝，不需要使用胶膜，工艺性好，成型周期快，性能优异。

具体实施方式

为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合实施例对本发明的技术方案作以详细说明。

实施例1：

环氧树脂混合物：双酚A型环氧树脂E-51，50份、缩水甘油胺类四官能环氧树脂AG-80，20份；固化剂：聚芳醚酮为壁材，改性双氰胺为芯材，20份；增韧剂：端羟基液体丁腈橡胶(HTBN )，10份。

将环氧树脂混合物和固化剂、增韧剂加入混合设备，混合均匀，控制混合设备温度低于80℃，混合1小时以上。立即倒出冷却。

通过热熔法制备预浸料，胶膜机设定温度为75℃，胶膜机生产速度为10m/min，使用预浸机将树脂胶膜与碳纤维织物W3021进行复合，复合温度为75℃，速率为3m/min。通过自动下料机将预浸料进行裁剪和铺贴，经压机130℃15min固化成型，成型压力为0.6MPa，固化后复合材料的玻璃化转变温度超过140℃，层剪剪切强度超过50MPa。

实施例2：

环氧树脂混合物：双酚A型环氧树脂E-54，60份、；缩水甘油胺类三官能环氧树脂AFG-90，15份；固化剂：聚芳醚酮为壁材，1-氰基-2-苯基咪唑为芯材，15份；增韧剂：聚醚酮，10份。

将增韧剂粉碎至100目以下，加入环氧树脂混合物中，混合均匀，在加入固化剂，混合均匀，控制混合设备温度低于80℃，混合1小时以上。立即倒出冷却。

通过热熔法制备预浸料，胶膜机设定温度为70℃，胶膜机生产速度为9m/min，使用预浸机将树脂胶膜与碳纤维织物W3021进行复合，复合温度为75℃，速率为2m/min。通过自动下料机将预浸料进行裁剪和铺贴，经压机130℃15min固化成型，成型压力为0.6MPa，固化后复合材料的玻璃化转变温度超过140℃，层剪剪切强度超过55MPa。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速固化自粘性预浸料，其特征在于，所述预浸料中的树脂为自粘性快速固化环氧树脂，预浸料中的树脂包括由环氧树脂混合物、固化剂、增韧剂，其中环氧树脂混合物占树脂总重量的60~80%，固化剂使用微胶囊快速固化剂，占树脂总重量的10~30%，胶囊破壁温度在100℃以上，增韧剂及其他助剂占树脂重量的10~20%。

2.根据权利要求1所述的快速固化自粘性预浸料，其特征在于，所述环氧树脂混合物中的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂的一种或几种的混合，混合物环氧值为0.3~0.7。

3.根据权利要求1所述的快速固化自粘性预浸料，其特征在于，所述微胶囊快速固化剂的胶囊壁材料为聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜树脂等耐高温热塑性树脂，活性固化剂为胺类、咪唑及其衍生物，如咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑，2-苯基-4甲基咪唑，1-氰基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基-2-苯基咪唑、4-二氨基二苯甲烷、4，4-二氨基二苯砜、改性双氰胺、双氰胺或酸酐类等的一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述的快速固化自粘性预浸料，其特征在于，所述增韧剂为热塑性树脂或橡胶类弹性体。

5.根据权利要求4所述的快速固化自粘性预浸料，其特征在于，所述增韧剂为聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺醚、聚酮醚、聚醚醚酮、聚苯醚、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚硫橡胶、液体氯丁橡胶、端胺基液体丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶、端环氧基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶、端羧基聚丁二烯液体橡胶、端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶、聚氨酯或硅橡胶一种或几种的混合。

6.一种权利要求1至5所述快速固化自粘性预浸料的制备方法，其特征在于，使用快速固化自粘性树脂，在60~75℃下使用胶膜机制备热熔树脂胶膜，胶膜机生产速度为8~15m/min，使用预浸机将树脂胶膜与增强材料进行复合，复合温度为65~80℃，速率为3~5m/min，可用于制备快速固化自粘性环氧树脂预浸料的增强材料选自纤维、纤维织物、纤维毡。

7.根据权利要求6所述的快速固化自粘性预浸料的制备方法，其特征在于，所述纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维，所述纤维织物选自玻璃纤维织物、碳纤维织物或石英纤维织物，所述纤维毡选自碳纤维毡或玻璃纤维毡。