CN108976712A - 一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料应用技术领域，涉及一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法。针对汽车复合材料轮毂的使用工况、制造特点、制造效率，提出了一种兼顾快速固化和低温固化高温使用，适合复合材料轮毂模压成型的环氧树脂体系。本发明提出一种可快速固化，可在135℃/10‑30min，或150℃/3‑10min条件下实现固化，固化时间较常规环氧树脂缩短1‑3h的复合材料轮毂用快速固化环氧树脂。可满足复合材料轮毂在使用过程中的耐温要求。本树脂的力学性能优异，满足各种使用工况。本发明提供的快速固化环氧树脂可大大缩短复合材料轮毂的制造周期，提高制造效率，降低能耗，带来明显的经济效益和社会效益。

Description

一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂

技术领域

本发明属于复合材料应用技术领域，涉及一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法。

背景技术

汽车保有量及产量的增加，消耗了大量的石油等资源，同时排放出大量尾气，造成环境污染。研究结果表明，汽车轻量化是节约能源，减少排放的最有效的手段之一，特别是世界各国重点发展的电动汽车，在高性能电池获得重大突破之前，轻量化是降低电动汽车成本、提高行驶里程更实际、更有效的途径。轮毂是汽车的主承力结构件，与车身结构件相比，减重效应更加突出。相比铝合金轮毂，采用连续纤维增强环氧树脂复合材料制成的复合材料轮毂，减重可达30-50%。连续纤维增强复合材料具有高比强度、比模量、耐疲劳性能好、阻尼性能好、耐腐蚀、可设计性强等特点，采用复合材料轮毂的汽车不但能减轻自身重量，同时汽车制动距离缩短、加速明显、转向灵活以及降低回旋效应等，提高来汽车动力性能。

以碳纤维增强热固性树脂基复合材料为代表的先进复合材料具有优异的力学性能和低密度，从性能和减重方面是目前轻质铝合金轮毂的理想替代品。鉴于连续碳纤维为增强环氧树脂基复合材料的成型工艺，预成型体和固化工序时间较长，效率较低。成本和效率是汽车行业赢得市场的前提，轮毂是汽车零部件中用量较大的零部件，制造效率显得尤为重要。为提高复合材料轮毂在制造过程中，固化工序中树脂固化时间较长的问题，提高模具使用率、设备使用率，以复合材料轮毂的制造效率，降低制造成本，本发明提出一种可快速固化的适用于复合材料轮毂热压成型的环氧树脂体系。本发明提出的快速固化环氧树脂可在135℃/10-30min或150℃/5-10min下实现完全固化，而常规中温环氧树脂的固化时间一般为150min左右，可大大降低复合材料轮毂的制造时间，提高制造效率。本发明提出的快速固化环氧树脂即使在较短的时间内固化后，其玻璃化转变温度可达到156℃，超过常规中温环氧树脂的玻璃化转变温度（120-130℃）。同时，本发明提出的快速固化环氧树脂具有优异的力学性能，部分性能超过常规中温环氧树脂的20-30%。

采用本发明提出的快速固化环氧树脂进行汽车复合材料轮毂的制造，将大大降低制造时间成本、降低能耗、提高模具和设备使用率，制造效率，具有明显的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的是：提出一种汽车复合材料轮毂用快速固化环氧树脂体系的制备方法，可大大缩短复合材料轮毂的固化时间，降低能耗，提高模具和设备使用率，大幅提高制造效率，为企业带来明显的经济效益，为社会带来显著的社会效益。

本发明的技术方案是：

树脂由以下重量份的原料制成：

环氧树脂组合物：70-100份（环氧树脂组合物以质量分数计，环氧树脂组合物由20-80份液态环氧树脂，80-20份固态或半固态环氧树脂）

增韧剂：1-30份

固化剂：5-50份

促进剂：0-10份

所述液态环氧树脂为双酚A性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂中的两种及以上的组合。所述固态或半固态环氧树脂为双酚A性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的两种及以上的组合。所述增韧剂为聚氨酯、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚脲等两种及以上的组合。所述固化剂为双氰胺、改性双氰胺、脂肪族胺类、芳香族胺类、咪唑类、酰肼类固化剂等两种及以上的组合。所述促进剂为有机脲及其衍生物、咪唑及咪唑盐、酚类促进剂等两种及以上的组合。

一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，包括步骤：

（1）将一定量的环氧树脂组合物混合并加热到一定的温度，并进行机械搅拌，直到混合物变为澄清透明溶液。

（2）向步骤（1）所得溶解物中，在50-90℃条件下，加入一定量的增韧剂、固化剂和促进剂，并在1000-1500转/分的转速下进行机械搅拌，搅拌10-30分钟后备用；

（3）向步骤（2）所得混合物转移到三辊碾磨机上进行碾磨，使粉末状固体增韧剂、固化剂和促进剂在环氧树脂中均匀分散后取出备用。

本发明具有的优点和有益效果：

本发明采用多种环氧单体进行互配，不同反应活性的固化剂的组合物进行互配，针对环氧树脂单体和相应的固化剂，采用针对性的不同组合的固化促进剂对树脂体系进行反应促进。其有益的效果是提高了环氧树脂单体与固化剂的反应活性，在反应过程中放出的热量同时引发固化剂组合物与环氧单体的进一步反应，可在135℃/10-30min或150℃/5-10min下实现完全固化，得到具有较高交联密度的环氧树脂。固化后的环氧树脂具有较高的玻璃化转变温度、优异的力学性能以及优异的工艺性，可与连续碳纤维等增强体制成预浸料，进行汽车复合材料轮毂的热压制造，大幅提高复合材料轮毂的制造效率，创造较高的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的设计和制备技术做进一步详细说明，但本发明技术方案并不局限于以下所列举具体实施方式。

实施例1

在装有机械搅拌、温度计的烧杯中加入30克E54环氧树脂单体，40克E20环氧树脂单体后，搅拌并开始加热至70℃后，形成均一溶液后加入3克聚醚砜增韧剂，并搅拌均匀，形成悬浊液。向悬浊液中加入7克双氰胺和5克2-苯基咪唑固化剂，3克聚脲和3克三氟化硼-单乙胺促进剂，并搅拌均匀。将得到的悬浊液转移到三辊碾磨机，反复碾磨3次后取出，冷藏备用。

实施例2：

在装有机械搅拌、温度计的烧杯中加入30克三官能环氧树脂单体，40克E20环氧树脂单体后，搅拌并开始加热至70℃后，形成均一溶液后加入3克聚醚醚酮增韧剂，并搅拌均匀，形成悬浊液。向悬浊液中加入7克双氰胺和5克2-苯基咪唑固化剂，3克聚脲和3克三氟化硼-单乙胺促进剂，并搅拌均匀。将得到的悬浊液转移到三辊碾磨机，反复碾磨3次后取出，冷藏备用。

实施例3：

在装有机械搅拌、温度计的烧杯中加入30克四官能环氧树脂单体，40克E20环氧树脂单体后，搅拌并开始加热至70℃后，形成均一溶液后加入3克聚砜增韧剂，并搅拌均匀，形成悬浊液。向悬浊液中加入7克双氰胺和10克二氨基二苯砜固化剂，3克聚脲和2-乙基-4-甲基咪唑促进剂，并搅拌均匀。将得到的悬浊液转移到三辊碾磨机，反复碾磨3次后取出，冷藏备用。

实施例4：

在装有机械搅拌、温度计的烧杯中加入30克酚醛环氧树脂单体，40克E20环氧树脂单体后，搅拌并开始加热至70℃后，形成均一溶液后加入3克聚醚醚酮增韧剂，并搅拌均匀，形成悬浊液。向悬浊液中加入7克双氰胺和10克二氨基二苯砜固化剂，3克聚脲和2-乙基-4-甲基咪唑促进剂，并搅拌均匀。将得到的悬浊液转移到三辊碾磨机，反复碾磨3次后取出，冷藏备用。

Claims (6)

1.一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，其特征在于所述树脂基体以质量份数计，包括70-100份环氧树脂组合物、5-30份增韧剂、5-50份固化剂和1-10份促进剂；以环氧树脂组合物以质量分数计，环氧树脂组合物由20-80份液态环氧树脂，80-20份固态或半固态环氧树脂组成。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，其特征在于所述液态环氧树脂为双酚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、三官能团环氧树脂、四官能团环氧树脂中的两种及以上的组合。

3.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，其特征在于所述固态或半固态环氧树脂为双酚A性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的两种及以上的组合。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，其特征在于所述增韧剂为聚氨酯、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚脲等一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，其特征在于所述固化剂为双氰胺、改性双氰胺、脂肪族胺类、芳香族胺类、咪唑类、酰肼类固化剂等两种及以上的组合。

6.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料轮毂的快速固化环氧树脂的制备方法，其特征在于所述促进剂为有机脲及其衍生物、咪唑及咪唑盐、酚类促进剂等两种及以上的组合。