CN110818932A - 一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物及制备方法和应用方法 - Google Patents

一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物及制备方法和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，由降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物、环氧树脂和增塑剂组成：降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物的含量的质量分数为60‑75份，环氧树脂的含量的质量分数为5‑15份，增韧剂为1‑20份。本发明提供的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物能够改善降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基体韧性，从而使降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基体生产含浸纤维/织物具有良好的工艺性，并得到了耐高温、交联密度大且成本低廉的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物。

Description

一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物及制备 方法和应用方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物浸料组合物。
背景技术
苯并噁嗪树脂是在传统的酚醛树脂的基础上发展起来的一种新型热固性树脂，它由酚胺醛在一定条件下制成含氮的六元杂环，在加热和/或催化剂存在的条件下开环聚合，形成类似酚醛树脂的三维交联网状体系。苯并噁嗪树脂具有许多优异的性能，如良好的耐候性，电绝缘性，热固化时体积收缩率接近为零，孔隙率等。正在许多领域发挥着越来越重要的作用。
预浸料是聚合物基复合材料生产过程中的中间体产品，优化其制备过程，提高其性能特性，降低其生产成本具有重大的商业价值。一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物受到人们的重视，通过引入邻位可交联的降冰片烯基团作为主链型苯并噁嗪的封端基团，克服传统苯并噁嗪单体及主链型苯并噁嗪在合成以及应用过程中的缺陷，可交联的降冰片烯基提高了苯并噁嗪的分子量，提高了开环固化时的交联密度，大大提高了齐聚物的性能。用这种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物与增强材料制备预浸料，可以大大提高聚合物基复合材料的耐高温性能，同时，由于降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物的原料来源广泛，成本较低，所以此种预浸料生产成本较低，具有很大的商业价值。此外，目前为止还未有报道涉及含降冰片烯封端基团苯并噁嗪齐聚物预浸料的合成及性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物组合物，旨在得到工艺性能良好、耐高温、交联密度大且成本低廉的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物由降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物、环氧树脂和增塑剂组成；所述的苯并噁嗪齐聚物为一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物，所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物结构式为:
Figure RE-GDA0002354288390000021
式中：n≥1；
其中，
Figure RE-GDA0002354288390000022
为以下结构中的任意一种：
Figure RE-GDA0002354288390000031
Figure RE-GDA0002354288390000032
为以下结构中的任意一种：
Figure RE-GDA0002354288390000033
，其中，按照质量份数计算，降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物为 60-75份，环氧树脂为5-15份，增韧剂为1-20份。
进一步的，按照质量份数计算，所述的环氧树脂的含量的优选质量分数为10-15份，所述增韧剂为5-10份。
进一步的，环氧树脂为双酚A型或多酚型或混合型环氧树脂的任意一种或多种的混合物。
进一步的，双酚A型环氧树脂至少包括下列(Ⅰ)、(Ⅱ)两种分子结构式中的任意一种：
Figure RE-GDA0002354288390000041
Figure RE-GDA0002354288390000042
Figure RE-GDA0002354288390000043
其中，R3，R4相同或不同时，为氢或甲基；所述的多酚型环氧树脂的分子结构式为：
Figure RE-GDA0002354288390000044
其中，R5为氢或甲基；所述混合型环氧树脂至少包括(A)或(B) 的分子结构式的任意一种，
Figure RE-GDA0002354288390000045
进一步的，增韧剂为PES、聚醚醚酮、聚苯醚、聚醚酰亚胺、液体橡胶、核壳聚合物或纳米二氧化硅中的任意一种或多种的混合物。
进一步的，一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.在真空环境中，且真空度≥0.95，在70-85℃的温度范围内加热降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物使其熔融且可以流动，并搅拌 40-60min，且没有引起固化得到均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物；
S2.将S1所得的均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物，在90-100℃的温度下加入增韧剂，并搅拌进行溶解，搅拌时间为 60-100min，使其混合均匀，且没有引起固化，得到均匀混合物；
S3.将步骤S2所得的均匀混合物，先使其降温至50-60℃，加入环氧树脂，并搅拌50-80min，使其搅拌均匀，得到降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物。
进一步的，一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的应用方法，采用热熔融法使用降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物生产预浸料，具体操作步骤如下：
A1.原料的准备：准备纤维层和本发明制备好的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物；
A2.将苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物和所述纤维层结合起来，并通过铺层工艺形成预浸渍体，将预浸渍体采用固化工艺进行固化，形成纤维增强树脂基体材料。
进一步的，纤维层由连续单向纤维、纤维织物、短切纤维或长切纤维构成。
进一步的，纤维层的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或石英纤维中的任意一种。
进一步的，碳纤维选自聚丙烯腈基、黏胶基或沥青基中的任意一种。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.采用降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物树脂组分，加入环氧树脂改善工艺性能及增强降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基体与纤维结合力，改善降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基体韧性，从而使降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基体生产含浸纤维/织物具有良好的工艺性，并得到工艺性能良好、耐高温、交联密度大且成本低廉的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物；
2.本发明主的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物既能保持降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基复合材料的高性能又能防腐且加工工艺性得到改善，这样大大的提高了苯并噁唑预浸料组合物的综合性能，也更有利于广泛应用。
具体实施方式
实施例1
一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的组分为：所采用的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物结构式，缩水甘油胺型环氧混合物作为树脂基体，其中降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物/环氧树脂＝3/1，其总质量分数为85wt％；增韧剂选用PES增韧剂，其质量分数为15wt％。
Figure RE-GDA0002354288390000061
制备方法如下：
S1.在真空环境中，且真空度≥0.95，加热降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物到75℃，使其熔融且可以流动，并搅拌60min，且没有引起固化得到均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物；
S2.将S1所得的均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物，将加热温度升至95℃，加入核壳橡胶粒子增韧剂，并搅拌进行溶解，搅拌时间为80min，使其混合均匀，且没有引起固化，得到均匀混合物；
S3.将步骤S2.所得的均匀混合物，先使其降温至55℃，加入环氧树脂，并搅拌70min，使其搅拌均匀，得到降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物。
其应用方法如下：
A1.原料的准备：准备纤维层和本发明制备好的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物；
A2.将苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物和所述纤维层结合起来，并通过一定铺层工艺形成预浸渍体，将预浸渍体置于一定温度和压力的固化工艺进行固化，形成纤维增强树脂基体材料。
实施例2
一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的组分为：所采用的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物结构式，缩水甘油胺型环氧混合物作为树脂基体，其中降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物/环氧树脂＝3.5/1，其总质量分数为90wt％；增韧剂选用PES增韧剂，其质量分数为10wt％。
Figure RE-GDA0002354288390000071
S1.在真空环境中，且真空度≥0.95，加热降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物到75℃，使其熔融且可以流动，并搅拌50min，且没有引起固化得到均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物；
S2.将S1.所得的均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物，将加热温度升至90℃，加入核壳橡胶粒子增韧剂，并搅拌进行溶解，搅拌时间为80min，使其混合均匀，且没有引起固化，得到均匀混合物；
S3.将S2.所得的均匀混合物，先使其降温至55℃，加入环氧树脂，并搅拌60min，使其搅拌均匀，得到降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物。
性能测试
将实施例1和实施例2中所制得的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物采用热熔融法浸渍标准模量碳纤维生产织物预浸料，其中树脂含量40％、纤维面密度220g/m2、组织结构2/2斜纹，经过铺层设计，预浸料经过固化，得到碳纤维增强树脂基体材料。
将所得纤维增强树脂基体材料进行层间剪切(参考ASTM D2344)、 Tg(DMTA方法，E曲线判定)、预浸料粘性(HB 7736.8-2004)测试，测试如表1所示；降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物基体浇注体冲击性能(参考GB/T2567-2008).
表1 纤维增强树脂基体材料的性能测试结果
Figure RE-GDA0002354288390000091
通过表1可知，相比于单一树脂材料，纤维增强树脂基体材料的脆性得到了较大程度的改善，复合材料的Tg温度显著高于普通苯并噁嗪树脂的Tg温度(150～250℃),且预浸料的可贮存性显著高于于基体树脂，在高性能复合材料领域具有较广泛的应用前景。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，其特征在于，所述降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物由降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物和环氧树脂和增塑剂组成；所述的苯并噁嗪齐聚物为一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物，所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物结构式为:
Figure FDA0002206153720000011
式中：n≥1；
其中，
Figure FDA0002206153720000012
为以下结构中的任意一种：
Figure FDA0002206153720000013
Figure FDA0002206153720000014
为以下结构中的任意一种：
Figure FDA0002206153720000021
其中，按照质量份数计算，降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物为60-75份，环氧树脂为5-15份，增韧剂为1-20份。
2.根据权利要求1所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，其特征在于，按照质量份数计算，所述环氧树脂的含量为10-15份，所述增韧剂为5-10份。
3.根据权利要求1所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型或多酚型或混合型环氧树脂的任意一种或多种的混合物。
4.根据权利要求3所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂至少包括下列(Ⅰ)、(Ⅱ)两种分子结构式中的任意一种：
Figure FDA0002206153720000022
Figure FDA0002206153720000023
其中，R3，R4相同或不同时，为氢或甲基；所述的多酚型环氧树脂的分子结构式为：
其中，R5为氢或甲基；所述混合型环氧树脂至少包括(A)或(B)的分子结构式的任意一种，
Figure FDA0002206153720000033
5.根据权利要求1所述的所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物，其特征在于，所述增韧剂为PES、聚醚醚酮、聚苯醚、聚醚酰亚胺、液体橡胶、核壳聚合物或纳米二氧化硅中的任意一种或多种的混合物。
6.一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.在真空环境中，且真空度≥0.95，在70-85℃的温度范围内加热降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物使其熔融且可以流动，并搅拌40-60min，且没有引起固化得到均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物；
S2.将S1所得的均匀降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物熔融物，在90-100℃的温度下加入增韧剂，并搅拌进行溶解，搅拌时间为60-100min，使其混合均匀，且没有引起固化，得到均匀混合物；
S3.将步骤S2所得的均匀混合物，先使其降温至50-60℃，加入环氧树脂，并搅拌50-80min，使其搅拌均匀，得到降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物。
7.一种降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的应用方法，其特征在于，采用热熔融法使用降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物生产预浸料，具体操作步骤如下：
A1.原料的准备：准备纤维层和降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物；
A2.将苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物和所述纤维层结合起来，并通过铺层工艺形成预浸渍体，将预浸渍体采用固化工艺进行固化，形成纤维增强树脂基体材料。
8.根据权利要求7所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的应用方法，其特征在于，所述纤维层由连续单向纤维、纤维织物、短切纤维或长切纤维构成。
9.根据权利要求8所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的应用方法，其特征在于，所述纤维层的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或石英纤维中的任意一种。
10.根据权利要求9所述的降冰片烯基封端型苯并噁嗪齐聚物预浸料组合物的应用方法，其特征在于，所述碳纤维选自聚丙烯腈基、黏胶基或沥青基中的任意一种。
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