CN109608825B - 一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料 - Google Patents

一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料包含下列质量份数的各原材料制成：环氧树脂基体100份，复合固化剂10～50份，助剂0～50份，紫外荧光粉1～50份。本发明采用在牺牲层中添加紫外荧光粉的方法制备环氧树脂碳纤维预浸料，使复合材料构件铣削时，只需采用紫光灯照射即可分辨牺牲层与本体，解决了碳纤维预浸料牺牲层不易分辨的问题，避免了碳纤维预浸料作为牺牲层在装配铣削时若进给量控制不当易伤及本体，且不容易测量的问题，既改善了机翼蒙皮、翼梁等大型复合材料构件的装配超差问题，同时大幅提高了大型复合材料构件的表面质量。

Description

一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。
背景技术
目前复合材料已广泛应用于军用、民用飞机的主承力结构，例如机翼蒙皮、翼梁等。在制造装配过程中，不可避免的会遇到装配超差问题，且复合材料制备过程复杂，易出现固化变形，导致装配超差问题更加突出。按照传统的方法，通常采用增加垫片/强制装配的方法解决装配超差问题，然而加垫会降低连接结构强度且易产生密封问题，强制装配会导致较大的局部装配应力，对结构产生不利影响。
根据目前的先进设计理念，对于树脂基复合材料结构有装配关系的表面，制备时可在本体结构之外铺覆几层“牺牲层”，装配中根据实际情况对牺牲层进行铣削，以保证装配质量。制备碳纤维复合材料结构时，使用玻纤预浸料作为牺牲层较容易分辨，铣削时不容易伤及本体，然而会导致较为严重的热应力；使用与本体相同的碳纤预浸料不存在热变形问题，然而牺牲层与本体完全相同，装配铣削时若进给量控制不当，容易伤及本体，且不容易测量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提出一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。
本发明的技术解决方案是，牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料，包含下列质量份数的各原材料：
Figure BDA0001887302190000011
所述的环氧树脂基体为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线性脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、杂环型环氧树脂、混合型环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
所述的复合固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂或咪唑类固化剂中的一种或两种混合物。
所述的紫外荧光粉粒径为1um～20um，其在波长为200nm～400nm范围内的紫外光下均可显影。
所述的助剂为偶联剂、阻燃剂、增塑剂、无机填料中的一种或两种以上混合。
制备所述的一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料的方法，其包括如下步骤，
1)制备紫外荧光环氧树脂，
(1)将环氧树脂基体在搅拌的作用下并加热至40℃～120℃形成均匀稳定的组分；
(2)将固化剂和偶联剂、阻燃剂、增塑剂、无机填料等助剂分散于步骤(1)中的环氧树脂，形成均匀稳定的混合物；
(3)将紫外荧光剂均匀分散于步骤(2)得到的混合物中，制成紫外荧光环氧树脂。
2)制备紫外荧光环氧树脂胶膜
在50℃～100℃的温度下，将紫外荧光环氧树脂在胶膜机上涂敷于离型纸或其他载体上，制备成紫外荧光环氧树脂胶膜。
3)制备紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料
采用热熔预浸机将树脂胶膜铺在碳纤维或碳纤维机织物上，将紫外荧光环氧树脂胶膜与碳纤维或碳纤维机织物在预浸机进行热压浸润复合，控制热熔预浸机的加热辊温度和车速，加热辊温度为70℃～100℃，车速为3m/min～10m/min，制备成紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。
本发明具有的优点和有益效果
本发明采用在牺牲层中添加紫外荧光粉的方法制备的紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料，使用该预浸料制备牺牲层铺覆到本体结构表面，在复合材料构件铣削时，只需采用紫光灯照射即可分辨牺牲层与本体，解决了碳纤维预浸料牺牲层不易分辨的问题，避免了碳纤维预浸料作为牺牲层在装配铣削时若进给量控制不当易伤及本体，且不容易测量的问题，既改善了机翼蒙皮、翼梁等大型复合材料构件的装配超差问题，同时大幅提高了大型复合材料构件的表面质量。
具体实施方式
牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料，包含下列质量份数的各原材料：
Figure BDA0001887302190000021
所述的环氧树脂基体为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线性脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、杂环型环氧树脂、混合型环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
所述的复合固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂或咪唑类固化剂中的一种或两种混合物。
所述的紫外荧光粉粒径为1um～20um，其在波长为200nm～400nm范围内的紫外光下均可显影。
所述的助剂为偶联剂、阻燃剂、增塑剂、无机填料中的一种或两种以上混合。
制备所述的一种牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料的方法，其特征包括如下步骤，
1)制备紫外荧光环氧树脂，
(1)将环氧树脂基体在搅拌的作用下并加热至40℃～120℃形成均匀稳定的组分；
(2)将固化剂和偶联剂、阻燃剂、增塑剂、无机填料等助剂分散于步骤(1)中的环氧树脂，形成均匀稳定的混合物；
(3)将紫外荧光剂均匀分散于步骤(2)得到的混合物中，制成紫外荧光环氧树脂。
2)制备紫外荧光环氧树脂胶膜
在50℃～100℃的温度下，将紫外荧光环氧树脂在胶膜机上涂敷于离型纸或其他载体上，制备成紫外荧光环氧树脂胶膜。
3)制备紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料
采用热熔预浸机将树脂胶膜铺在碳纤维或碳纤维机织物上，将紫外荧光环氧树脂胶膜与碳纤维或碳纤维机织物在预浸机进行热压浸润复合，控制热熔预浸机的加热辊温度和车速，加热辊温度为70℃～100℃，车速为3m/min～10m/min，制备成紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。
实施例1
按以下质量比分别称取各原材料混合均匀制备紫外荧光环氧树脂：环氧树脂基体：复合固化剂：触变剂：紫外荧光粉＝100：20：2：5。其中，环氧树脂基体为2种双酚A型环氧树脂的混合物，其比例为1:1；固化剂为胺类固化剂。将环氧树脂基体在不锈钢桶中混合搅拌，同时升温至80℃～110℃，观察树脂颜色均匀透亮后停止加热，待不锈钢桶内温度降至50℃～60℃时，继续加入复合固化剂搅拌均匀，再依次加入触变剂和紫外荧光粉高速搅拌，紫外荧光粉粒径为10um，使树脂混合物搅拌均匀。
将混合好的紫外荧光环氧树脂在50℃～60℃的温度下，在胶膜机上涂敷于离型纸上，制备成紫外荧光环氧树脂胶膜。
采用热熔预浸机将制备好的树脂胶膜以三明治的形式铺在碳纤维机织物上，将紫外荧光环氧树脂胶膜与碳纤维机织物在预浸机进行热压浸润复合，控制热熔预浸机的加热辊温度和车速，加热辊温度为60℃～80℃，车速为4m/min～6m/min，制备成紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。
制备零件时，将紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料铺覆到环氧树脂碳纤维复合材料构件本体表面，固化成型后，在装配铣削过程时，在铣削工作台上方安装一盏紫光灯，并将光照射到零件表面，使零件表面现出荧光，按照正常铣削程序进行铣削。
实施例2
按以下质量比分别称取各原材料混合均匀制备紫外荧光环氧树脂：环氧树脂基体：复合固化剂：紫外荧光粉＝100：40：8。其中，环氧树脂基体为缩水甘油酯类环氧树脂，固化剂为胺类固化剂。将环氧树脂基体在不锈钢桶中加热搅拌，同时升温至70℃～90℃，观察树脂颜色均匀透亮后停止加热，待不锈钢桶内温度降至50℃～60℃时，继续加入复合固化剂搅拌均匀，再依次加入增韧剂和紫外荧光粉高速搅拌，紫外荧光粉的粒径为15um，使树脂混合物搅拌均匀。
将混合好的紫外荧光环氧树脂在50℃～60℃的温度下，在胶膜机上涂敷于离型纸上，制备成紫外荧光环氧树脂胶膜。
采用热熔预浸机将制备好的树脂胶膜以三明治的形式铺在碳纤维机织物上，将紫外荧光环氧树脂胶膜与碳纤维机织物在预浸机进行热压浸润复合，控制热熔预浸机的加热辊温度和车速，加热辊温度为60℃～80℃，车速为4m/min～6m/min，制备成紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料。
制备零件时，将紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料铺覆到环氧树脂碳纤维复合材料构件本体表面，固化成型后，在装配铣削过程时，在铣削工作台上方安装一盏紫光灯，并将光照射到零件表面，使零件表面现出荧光，按照正常铣削程序进行铣削。

Claims (4)

1.一种紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料作为牺牲层的应用方法，其特征在于：紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料包含下列质量份数的各原材料制成：
环氧树脂基体 100份
复合固化剂 10~50份
助剂 0~50份
紫外荧光粉 1~50份；
其中，所述复合固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂或咪唑类固化剂中的一种或两种混合物；
所述牺牲层用紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料的制备步骤包括：
1)制备紫外荧光环氧树脂；
(1)将环氧树脂基体在搅拌的作用下并加热至40℃～120℃形成均匀稳定的组分；
(2)将固化剂和助剂分散于步骤(1)中的环氧树脂，所述助剂为偶联剂、阻燃剂、增塑剂、无机填料中的一种或两种以上混合，形成均匀稳定的混合物；
(3)将紫外荧光粉均匀分散于步骤(2)得到的混合物中，制成紫外荧光环氧树脂；
2)制备紫外荧光环氧树脂胶膜；
在50℃～100℃的温度下，将紫外荧光环氧树脂在胶膜机上涂敷于离型纸或其他载体上，制备成紫外荧光环氧树脂胶膜；
3)制备紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料；
采用热熔预浸机将树脂胶膜铺在碳纤维或碳纤维机织物上，将紫外荧光环氧树脂胶膜与碳纤维或碳纤维机织物在预浸机进行热压浸润复合，控制热熔预浸机的加热辊温度和车速，加热辊温度为70℃～100℃，车速为3m/min～10m/min，制备成紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料；
所述紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料的应用方法为：使用所述紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料制备牺牲层铺覆到本体结构表面，在复合材料构件铣削时，采用紫光灯照射即可分辨牺牲层与本体。
2.根据权利要求1所述的一种紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料作为牺牲层的应用方法，其特征在于：所述的环氧树脂基体为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂、杂环型环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料作为牺牲层的应用方法，其特征在于：所述的紫外荧光粉粒径为0.5um～50um，其在波长为200nm～400nm范围内的紫外光下均可显影。
4.根据权利要求1所述的一种紫外荧光环氧树脂碳纤维预浸料作为牺牲层的应用方法，其特征在于：所述的助剂为偶联剂、阻燃剂、增塑剂、无机填料中的一种或两种以上混合。
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