CN111944121B - 一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 - Google Patents
一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111944121B CN111944121B CN202010867778.8A CN202010867778A CN111944121B CN 111944121 B CN111944121 B CN 111944121B CN 202010867778 A CN202010867778 A CN 202010867778A CN 111944121 B CN111944121 B CN 111944121B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- epoxy resin
- carbon fiber
- hyperbranched polyether
- parts
- lignin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/02—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/02—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule
- C08G59/022—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule characterised by the preparation process or apparatus used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/20—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
- C08G59/22—Di-epoxy compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G81/00—Macromolecular compounds obtained by interreacting polymers in the absence of monomers, e.g. block polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2463/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/06—Elements
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
本发明提供了一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料,所述超支化聚醚改性木质素环氧树脂包括以下的原料:超支化聚醚,二元醇,二元酸酐,酶解木质素,环氧稀释剂;所述超支化聚醚包括以下原料:带羟基的氧杂环烷烃单体,聚醚单体,阳离子开环聚合催化剂。本发明通过阳离子开环聚合得到超支化的聚醚,可以替代一部分多元醇,制得的超支化聚醚改性的木质素环氧树脂,韧性显著增强,同时黏度减小,有利于和碳纤维复合材料的浸润性;同时,所得环氧树脂/碳纤维复合材料的耐候性和抗疲劳性皆优,经过各种老化模拟实验,力学性能的保持率很高,抗疲劳性非常好,保证了在各种苛刻环境下使用的稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域,具体涉及一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料。
背景技术
由于碳纤维增强的复合材料通常具有高强度、高刚性与轻量化的特性,由此在现代工业中得到广泛利用,如航空航天、汽车、船舶重工以及深海油田等领域。随着全球科技与生产工艺的进步以及应用领域的扩大,对材料性能的要求也越来越高,而以碳纤维为主要增强材料的碳纤维预浸料已经成为当今复合材料增强领域的研究热点。
预浸料俗称模塑料,是在树脂严格控制条件下浸渍纤维及其织物而制成的组合体,把基体树脂浸渍在碳纤维中制成片状的叠层材料,是一种纤维与树脂通过相应的层叠方式和工艺制备的未达到固化状态前的产品。预浸料与纤维增强复合材料结合更好的体现了纤维增强复合材料所具有的优势。预浸料的性能直接影响到复合材料性能的优劣,因此要求碳纤维预浸料除自身具有优良的粘结性能外还应具有良好的韧性和模量等性能优势。对于复合材料的设计来说,预浸料是具有一定力学性能的结构单元,可进行结构设计。作为热固性树脂的代表,环氧树脂因其优异的力学性能、介电性能,耐腐蚀性,粘接性、浸润性以及低固化收缩率和适中的价格,现有技术中有很多作为制备碳纤维预浸料的基体材料。但热固性环氧树脂体系本身具有一定的缺陷性,通常情况下较热塑性树脂表现为低韧性,根据材料断裂理论,固化后存在断裂纹、银纹等内部缺陷。因此对环氧树脂进行增韧改性,现有技术中增韧的方法包括热塑性树脂增韧,无机纳米粒子增韧,橡胶增韧。但是这些都属于外加增韧剂的方法,不管是无机物质,纳米微粒,或者聚合物,理论上属于物理改性增韧的方法。这种增韧方法虽然能够一定程度上增加材料韧性,但是材料的相容性不好。各性能的经时保持率不高,特别是涉及韧性的力学性能,长时间使用会在某处产生应力,这种缺陷随着时间延长会慢慢扩散到整个材料,导致材料的性能变差。
碳纤维的耐疲劳性能本身已经很好,但是在一些特殊领域,比如风电叶片,承重拉杆,承受交变载荷的压力容器,等领域对碳纤维材料的抗疲劳性提出了更高的要求。一旦复合材料疲劳失效,可能会引发严重事故。英国威格斯公司添加一种特定的碳纤维材料,能够有效增强抗疲劳性,但是制作工艺和配方保密。
发明人在前的专利申请CN202010618114.8,披露了一种利用超支化聚醚改性合成木质素环氧树脂,是利用三元以上的多元醇和内酯在有机金属催化剂存在下反应得到聚酯为支链的星型聚合物,再和二元醇,二元酸酐,酶解木质素,环氧稀释剂在硫酸催化剂下反应得到所述超支化聚醚改性木质素环氧树脂。在对复合材料增韧改性的同时,耐候性好,在紫外加速和高温高湿的老化条件下,力学强度保持率很高,但是抗疲劳性能还有待提升。
发明内容
为了解决现有技术中环氧树脂/碳纤维预浸料材料碳纤维用量高,韧性差,耐候性和抗疲劳性不足,导致再一定条件下长期使用影响其性能,甚至导致一定安全隐患。本发明提供了一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂预浸料,将此预浸料树脂与碳纤维材料结合所得复合材料的力学强度高,并且耐候性和抗疲劳性优异,说有着长时间的使用寿命和稳定性,综合性能优异,能够降低了碳纤维复合材料的成本,原料更环保,适合工业生产和商业推广。
本发明的第一个目的是提供一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂,包括以下的原料:超支化聚醚,二元醇,二元酸酐,酶解木质素,环氧稀释剂;所述超支化聚醚包括以下原料:带羟基的氧杂环烷烃单体,聚醚单体,阳离子开环聚合催化剂。
进一步地,所述超支化聚醚改性木质素环氧树脂,包括以下重量份的原料:6-9份超支化聚醚,20-30份多元醇,30-50份多元酸酐,80-120份环氧稀释剂,12-18份酶解木质素。
所述超支化聚醚是通过包括以下步骤的制备方法得到:带羟基的氧杂环烷烃单体在阳离子开环聚合催化剂存在下聚合,所得产物再和聚醚单体反应得到。
所述带羟基的氧杂环烷烃单体和聚醚单体的质量比为1:1.7-2.6;阳离子开环聚合催化剂的用量是带羟基的氧杂环烷烃单体摩尔量的2.5-3.4%。
所述带羟基的氧杂环烷烃单体选自3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷,3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷,3,3-二羟甲基-环氧丁烷中的至少一种。
所述聚醚单体选自聚乙二醇,聚丙二醇,聚四氢呋喃;所述聚醚单体的分子量为200-400。
所述阳离子开环聚合催化剂没有特别的限定,是本领域所熟知的,比如硫酸,三氟乙酸,高氯酸,三氟磺酸,三氟化硼及其络合物,比如三氟化硼乙醚络合物。
发明人预料不到地发现,在制备木质素环氧树脂的过程中,加入一定量的超支化聚醚能够显著提高环氧树脂/碳纤维复合材料的抗疲劳性,使其能够在一些需要具有一定抗疲劳性能长时间运作的领域发挥作用,比如风电叶片用材料,机械承重拉杆,承受交变载荷的压力容器等,扩宽了环氧树脂/碳纤维复合材料的应用领域。发明人还发现,阳离子开环聚合催化剂的用量对复合材料的性能有比较重要的影响。催化剂用量过少,对复合材料的增韧性能提升不足,同时也对抗疲劳性提升不够明显;催化剂用量过多,会导致环氧树脂预浸料黏度过大,不利于后期材料的加工。推测可能的原因是,催化剂用量不足时,基本得到接近线型的聚合物,支化度不够,不足以产生互穿的聚合物网络结构,对力学性能以及增韧提升并不明显;催化剂用量过多,支化度过高,使得聚合物网络交联程度太高。
所述二元醇选自脂肪族二元醇,具体选自乙二醇,丙二醇,丁二醇,戊二醇,己二醇,环己二醇。羟基的位置没有特别的限定,一般二元醇的羟基在分子的两段,比如1,3-丙二醇,但也可以在其他位置,比如1,2,-丙二醇,1,3-丁二醇。
所述二元酸酐选自马来酸酐,邻苯二甲酸酐,顺丁烯二酸酐,戊二酸酐中的至少一种。
所述酶解木质素是纤维素酶对秸秆等木质纤维素原料酶解分离后的产物。未经酸碱处理,灰分含量低,较好地保留了化学活性和分子结构。具体而言,是农作物秸秆(比如玉米秸秆)粉碎后进行预处理,再用复合纤维素酶酶解后固液分离,水洗,干燥后制得,木质素含量在85wt%以上。
所述环氧稀释剂选自乙二醇二缩水甘油醚,丙二醇二缩水甘油醚,1,4-丁二醇二缩水甘油醚,新戊二醇二缩水甘油醚,1,6,-己二醇二所述甘油醚。
在超支化聚醚改性木质素环氧树脂的制备原料中,还包括1-3份催化剂,所述催化剂为质量浓度40-70%硫酸水溶液。
本发明利用阳离子开环聚合得到超支化多羟基化合物后,再和聚醚单体缩合制备得到超支化的聚醚。通过调节聚合反应条件,比如催化剂用量,投料比,反应温度,控制臂的长短。最终得到合适的超支化聚醚,和木质素大分子形成一定的互传网络结构(IPN),一方面增加了木质素环氧树脂固化后体系的韧性,另一方面,这种体系固化后耐候性和抗疲劳性非常好,保证了环氧树脂/碳纤维预浸料复合材料的使用稳定性和安全性。
本发明的第二个目的是提供所述超支化聚醚酯改性木质素环氧树脂的制备方法,包括以下步骤:
(S1)按照配比,加入超支化聚醚,二元醇,二元酸酐和酶解木质素,在搅拌条件下,以硫酸水溶液为催化剂,反应直到酶解木质素完全溶解;
(S2)加入环氧稀释剂,继续反应,即得超支化聚醚改性木质素环氧树脂。
进一步地,步骤(S1)中,反应条件是在90-140℃下反应1-4h;步骤(S2)中反应条件是70-100℃下反应2-6h。
本发明的第三个目的在于提供一种木质素环氧树脂/碳纤维预浸料,包括以下重量份的原料:20-30份双酚A型环氧树脂,上述9-14份超支化聚醚改性木质素环氧树脂,50-80份碳纤维,1-2份潜伏性固化剂,0.4-0.7份促进剂。
优选地,碳纤维用量为56-72份。
所述双酚A型环氧树脂没有特别的限定,为本领域所熟知,只要是固态的环氧树脂即可,,比如E20,E36中的至少一种。
所述碳纤维没有特别的限定,本领域常用碳纤维材料即可。
所述潜伏性固化剂选自双氰胺、甲基四氢苯酐,苯甲酰肼、己二酸二酰肼中的至少一种。
所述促进剂为咪唑类促进剂,优选为三聚氰酸改性咪唑类促进剂,具体选自咪唑三聚氰酸盐,2-甲基咪唑三聚氰酸盐,2-乙基三聚氰酸盐,2-苯基咪唑三聚氰酸盐。采用三聚氰酸改性后的咪唑,能够进一步提高和环氧树脂的兼容性,并且提供了一定的潜伏性,为施工提供了便利。
本发明还提供了所述木质素环氧树脂/碳纤维预浸料的制备方法,包括以下步骤:
(M1)将制得的超支化聚醚改性木质素环氧树脂加热熔融后,按照比例加入双酚A型环氧树脂、潜伏性固化剂和促进剂,在70-105℃下熔融;
(M2)熔融后的混合树脂加入热熔涂胶机胶槽,冷却后收卷制得胶膜;
(M3)将制得的胶膜放置在复合机,和碳纤维丝与胶膜同步进入复合机的复合辊中,加热复合后冷却收卷,即得碳纤维树脂预浸料。
相对于现有技术,本发明取得了以下优异技术效果:
一、本发明通过阳离子开环聚合得到超支化的聚醚,所得超支化聚醚支化度适中,支链为一定长度的聚醚,支链末端为羟基,可以替代一部分传统木质素环氧树脂制备过程中使用的多元醇,制得的超支化聚醚改性的木质素环氧树脂,韧性显著增强,同时黏度减小,有利于和碳纤维复合材料的浸润性。
二、发明人预料不到地发现,使用超支化聚醚代替部分多元醇后,所得环氧树脂/碳纤维复合材料的耐候性和抗疲劳性皆优,经过各种老化模拟实验,力学性能的保持率很高,同时抗疲劳性非常好,保证了在各种苛刻环境下使用的稳定性和安全性。
具体实施方式
本发明所用试剂若无特别说明,均为商业可以采购到的试剂。
本发明所用木质素环氧树脂为自制,制备方法参考发明人在前专利申请号201710091949中记载的方法制得,其环氧值为0.43,本发明实施例所用碳纤维采购自上海石化SCF35S-12K(强度同于T300)。在本发明实施例中,所述“份”若无特殊说明,均指重量份。
在制备超支化聚醚时,各试剂都需要经过脱水处理,具体是试剂投入少量金属钠或者氰化钠,回流数小时,然后真空蒸馏。
聚合物分子量和分子量分布采用GPC法进行,以四氢呋喃为淋洗剂,线性聚苯乙烯为基准。
制备例 超支化聚醚的制备
制备例1
按照质量比例,将100份3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷投入到300份二氯甲烷中,在氮气气氛,冰盐浴搅拌条件下,缓慢滴加BF3·O(Et)2的二氯甲烷溶液,BF3·O(Et)2的加入量为3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷摩尔数的2.5%。反应48h后,加入170份PEG200,随着反应进行,体系黏度变大,保持冰盐浴继续反应12h,用少量去离子水终止反应,加压蒸馏除去溶剂,得到无色粘稠状产物,以下称为超支化聚醚1。经测试,其数均分子量Mn为15300g/mol,PDI(Mw/Mn)=1.67。
制备例2
其他步骤和条件和制备例1相同,区别在于170份PEG200替换为260份PEG400,最终产物,以下称为超支化聚醚2。经测试,其数均分子量Mn为19300g/mol,分子量分散性(PDI=Mw/Mn)为1.73。
制备例3
其他步骤和条件和制备例1相同,区别在于BF3·O(Et)2的加入量为3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷摩尔数的3.4%。其数均分子量为21400g/mol,分子量分散性(PDI=Mw/Mn)为1.76。
制备例4
其他步骤和条件和制备例1相同,区别在于BF3·O(Et)2的加入量为3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷摩尔数的1%。其数均分子量为12900g/mol,分子量分散性(PDI=Mw/Mn)为1.36。
制备例5
其他步骤和条件和制备例1相同,区别在于BF3·O(Et)2的加入量为3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷摩尔数的5%。其数均分子量为24700g/mol,分子量分散性(PDI=Mw/Mn)为1.86。
实施例 超支化聚醚改性木质素环氧树脂的制备
实施例1
(S1)按照配比,加入6份制备例1制得的超支化聚醚1,25份乙二醇,40份马来酸酐和15份酶解木质素,在搅拌条件下,以1.5份的60wt%硫酸水溶液为催化剂,在110℃下反应4h,直到酶解木质素完全溶解;
(S2)加入110份乙二醇二缩水甘油醚,继续反应3h,即得超支化聚醚改性木质素环氧树脂,黏度为6500mpa.s,环氧值为0.44。
实施例2
其他步骤和条件和实施例1相同,区别在于步骤(S1)中超支化聚醚1替换为等质量的制备例2制得的超支化聚醚2,最终得到超支化聚醚改性木质素环氧树脂,黏度为7700mpa.s,环氧值为0.45。
实施例3
其他步骤和条件和实施例1相同,区别在于步骤(S1)中超支化聚醚1替换为等质量的制备例3制得的超支化聚醚3,最终得到超支化聚醚改性木质素环氧树脂,黏度为9600mpa.s,环氧值为0.44。
实施例4
其他步骤和条件和实施例1相同,区别在于步骤(S1)中超支化聚醚1替换为等质量的制备例4制得的超支化聚醚4,最终得到超支化聚醚改性木质素环氧树脂,黏度为4700mpa.s,环氧值为0.42。
实施例5
其他步骤和条件和实施例1相同,区别在于步骤(S1)中超支化聚醚1替换为等质量的制备例5制得的超支化聚醚5,最终得到超支化聚醚改性木质素环氧树脂,黏度为13600mpa.s,环氧值为0.45。
实施例6
其他步骤和条件和实施例1相同,区别在于步骤(S1)中超支化聚醚1超支化聚醚1的用量为9份,最终得到超支化聚醚改性木质素环氧树脂,黏度为7300mpa.s,环氧值为0.45。
应用例1
(M1)将实施例1制备得到的超支化聚醚改性木质素环氧树脂12份加热熔融后,加入20份E36固态环氧树脂、1.7份双氰胺和0.7份咪唑三聚氰酸盐,在90-120℃下熔融;
(M2)熔融后的混合树脂加入热熔涂胶机胶槽,通过控制热熔涂胶机滚筒之间的间隙从而控制胶膜的厚度,进而控制步骤(M3)预浸料的含胶量(树脂质量除以碳纤维和树脂总量之和)32%左右,冷却后收卷制得胶膜;
(M3)将制得的胶膜放置在复合机放卷装置,将碳纤维丝(这个制备过程通过纤维排列的厚度以及碳丝的幅宽来控制制得预浸料的总重),从砂架处拉出经过五组纤维展纱排列辊整齐与胶膜同步进入复合机的复合辊中,共用72份碳纤维,经过两道加热复合后冷却收卷,即得碳纤维树脂预浸料,最终预浸料每平方克重175g。
应用例2-6
按照实施例1相同的方法和条件制备碳纤维树脂预浸料,区别在于步骤(M1)中超支化聚醚改性木质素环氧树脂分别替换为实施例2-6制备得到的超支化聚醚改性木质素环氧树脂。
应用例7
按照实施例1相同的方法和条件制备碳纤维树脂预浸料,区别在于控制含胶量为38%,即碳纤维用量为56份。
对比例1
按照实施例1相同的方法和条件制备碳纤维树脂预浸料,区别在于步骤(M1)中超支化聚醚改性木质素环氧树脂替换为木质素环氧树脂。所述木质素环氧树脂采用如下制备方法制得:在反应容器中加入90g乙二醇,搅拌条件下分别加入62g酶解木质素,90g马来酸酐,再加入10g 50wt%的硫酸水溶液做催化剂,搅拌充分混合,在140℃下反应4小时,得到约240g油状物。再加入480g乙二醇二缩水甘油醚,在100℃下继续反应2小时,冷却至室温,得到约720g粘稠液体,即为产品木质素环氧树脂,其粘度9000mpa.s,环氧值为0.42。
对比例2
对比EM40预浸料树脂/碳纤维复合材料作为样品,EM40环氧树脂是目前业内较为常用的预浸料树脂。厂家为常州帝威新材
应用例1
根据国标GB/T 1449,在万能力学试验机机WSN-5K采用三点弯曲法测试出样条的弯曲强度以及弹性模量。
根据国标GBT 1843 2008,在悬臂梁冲击试验机测试出样条的冲击强度
冲击性能测试
冲击强度(单位:kJ/㎡),按照国家标准试验方法GB/T1451进行测试。将测试样条固定在简支梁冲击试验机上进行。
每项测试对5根测试样条进行测试,最终取平均值。
将上述实施例和对比例所得碳纤维树脂预浸料进行剪裁,0°铺层使用热压机热压后成型,135℃下保温60min,即得复合碳纤维板。将每块碳纤维板裁锯成5根20×120mm的测试样条,供三点弯曲测试实验使用;5根10×80mm的测试样条,供简支梁冲击试验机实验使用。结果如下表1所示:
表1
应用例2
为测试所得材料的耐候性,根据GB/T14522,在LUV-II型紫外加速老化试验箱中进行加速老化试验,采用波长为340nm的紫外光照射,老化暴露周期均为12h(包括8h辐照,0.25h喷淋,3.75h冷凝);辐照强度为0.85w·m-2,温度为(60±3)℃,相对湿度为(65±10)%,老化总时间240h,即上述老化暴露周期循环20次,重新测试力学强度,计算其力学强度保持率,结果如下表2所示:
表2
从表2数据可以看出,在模拟的老化条件下,对比例制备得到的复合材料力学强度下降较为明显,特比是商业化的预浸料树脂EM40和碳纤维的复合材料,力学强度已经不能满足要求。老化反应主要是光氧化与水解反应起主导作用,复合材料中形成微裂纹和孔隙,树脂基体的塑化程度降低,玻璃纤维和树脂基体间的界面结合强度降低,特别是整体材料可能再某些地方产生缺陷,导致复合材料的强度降低。本发明通过阳离子开环聚合得到超支化聚醚替代一部分多元醇,制得的超支化聚醚改性的木质素环氧树脂,和碳纤维材料有着很好的界面结合强度好,在模拟的老化实验条件下力学强度保持率高,弯曲强度保持率在92%以上,冲击强度保持率在94%以上。充分说明了本发明提供的碳纤维预浸料的优势。
应用例3
为测试所得复合材料的抗疲劳性,参照GB/T 16826-2008标准进行测试,采用电液伺服动静疲劳试验机(采购自济南凯恩试验机)测试弯曲强度的抗疲劳测试,应力水平是弯曲强度的70%,频率20Hz,波形为正弦型,进行20万次疲劳试验,测试弯曲强度,结果如下表3所示。
表3
从表3数据可以看出,本发明制备得到超支化聚醚改性木质素环氧树脂和碳纤维的复合材料,不仅耐候性好,在70%应力水平下,循环疲劳测试20万次后,弯曲强度仍保持了很高的数值。能够满足在一些对材料耐疲劳性有较高要求的领域。
Claims (9)
1.一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂,包括以下重量份的原料:6-9份超支化聚醚,20-30份二元醇,30-50份二元酸酐,12-18份酶解木质素,80-120份环氧稀释剂;所述超支化聚醚包括以下原料:带羟基的氧杂环烷烃单体,聚醚单体,阳离子开环聚合催化剂;所述二元醇选自脂肪族二元醇,所述二元酸酐选自马来酸酐,邻苯二甲酸酐,顺丁烯二酸酐,戊二酸酐中的至少一种;
所述超支化聚醚是通过包括以下步骤的制备方法得到:带羟基的氧杂环烷烃单体在阳离子开环聚合催化剂存在下聚合,所得产物再和聚醚单体反应得到;所述带羟基的氧杂环烷烃单体和聚醚单体的质量比为1:1.7-2.6;阳离子开环聚合催化剂的用量是带羟基的氧杂环烷烃单体摩尔量的2.5-3.4%;所述带羟基的氧杂环烷烃单体选自3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷、3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷、3,3-二羟甲基-环氧丁烷中的至少一种;所述聚醚单体选自聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃;所述聚醚单体的分子量为200-400;
所述超支化聚醚改性木质素环氧树脂的制备方法包括以下步骤:
(S1)按照配比,加入超支化聚醚,二元醇,二元酸酐和酶解木质素,在搅拌条件下,以硫酸水溶液为催化剂,反应直到酶解木质素完全溶解;
(S2)加入环氧稀释剂,继续反应,即得超支化聚醚改性木质素环氧树脂。
2.如权利要求1所述的超支化聚醚改性木质素环氧树脂,其特征在于,所述阳离子开环聚合催化剂选自硫酸、三氟乙酸、高氯酸、三氟磺酸或三氟化硼及其络合物。
3.如权利要求1所述的超支化聚醚改性木质素环氧树脂,其特征在于,所述二元醇选自乙二醇,丙二醇,丁二醇,戊二醇,己二醇,环己二醇;和/或
所述环氧稀释剂选自乙二醇二缩水甘油醚,丙二醇二缩水甘油醚,1,4-丁二醇二缩水甘油醚,新戊二醇二缩水甘油醚,1,6,-己二醇二缩水甘油醚。
4.一种木质素环氧树脂/碳纤维预浸料,包括以下重量份的原料:20-30份双酚A型环氧树脂,9-14份权利要求1-3任一项所述超支化聚醚改性木质素环氧树脂,50-80份碳纤维,1-2份潜伏性固化剂,0.4-0.7份促进剂。
5.如权利要求4所述的木质素环氧树脂/碳纤维预浸料,其特征在于,碳纤维用量为56-72份。
6.如权利要求4所述的木质素环氧树脂/碳纤维预浸料,其特征在于,所述潜伏性固化剂选自双氰胺、甲基四氢苯酐,苯甲酰肼、己二酸二酰肼中的至少一种;和/或所述促进剂为咪唑类促进剂。
7.如权利要求6所述的木质素环氧树脂/碳纤维预浸料,其特征在于,所述促进剂为三聚氰酸改性咪唑类促进剂。
8.如权利要求7所述的木质素环氧树脂/碳纤维预浸料,其特征在于,所述促进剂选自2-甲基咪唑三聚氰酸盐、2-乙基三聚氰酸盐或2-苯基咪唑三聚氰酸盐。
9.权利要求4-8任一项所述木质素环氧树脂/碳纤维预浸料的制备方法,包括以下步骤:
(M1)将制得的超支化聚醚改性木质素环氧树脂加热熔融后,按照比例加入双酚A型环氧树脂、潜伏性固化剂和促进剂,在70-105℃下熔融;
(M2)熔融后的混合树脂加入热熔涂胶机胶槽,冷却后收卷制得胶膜;
(M3)将制得的胶膜放置在复合机,和碳纤维丝与胶膜同步进入复合机的复合辊中,加热复合后冷却收卷,即得碳纤维树脂预浸料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010867778.8A CN111944121B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010867778.8A CN111944121B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111944121A CN111944121A (zh) | 2020-11-17 |
CN111944121B true CN111944121B (zh) | 2022-11-08 |
Family
ID=73367465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010867778.8A Active CN111944121B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111944121B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113402852B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-07-05 | 山西生物质新材料产业研究院有限公司 | 一种耐腐蚀的木质素环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN116535672A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-08-04 | 山西生物质新材料产业研究院有限公司 | 一种超支化改性酶解木质素环氧树脂制备方法及其应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106967218A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-07-21 | 浙江工商大学 | 端氨基超支化聚酰胺氧化改性花生壳及其在食品中日落黄的分离检测中的应用 |
CN111117495A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-08 | 王景泉 | 一种生物基材料辐射固化组合物及其应用 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101190102B1 (ko) * | 2004-02-27 | 2012-10-11 | 도레이 카부시키가이샤 | 일체화 성형품, 섬유강화 복합재료판, 및 전기/전자기기용 케이싱 |
US20110105333A1 (en) * | 2007-08-16 | 2011-05-05 | Rafel Israels | Seed Treatment Compositions and Methods |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010867778.8A patent/CN111944121B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106967218A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-07-21 | 浙江工商大学 | 端氨基超支化聚酰胺氧化改性花生壳及其在食品中日落黄的分离检测中的应用 |
CN111117495A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-08 | 王景泉 | 一种生物基材料辐射固化组合物及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Lignin-Based Micro- and Nanomaterials and their Composites in Biomedical Applications;Rui Liu等;《ChemSusChem》;20220528;第13卷(第17期);第4266-4283页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111944121A (zh) | 2020-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2279347B1 (en) | Windmill propeller blade and method of making same | |
CN111944121B (zh) | 一种超支化聚醚改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 | |
CN104080856B (zh) | 环氧树脂组合物及纤维增强复合材料 | |
JP5715055B2 (ja) | 改善された靭性を有する構造用複合材料 | |
Hofmann et al. | Engineering plastics from lignin. 21.1 synthesis and properties of epoxidized lignin-poly (propylene oxide) copolymers | |
CN110172228B (zh) | 一种木质素环氧树脂/碳纤维增强的抗老化复合材料 | |
Zhang et al. | Preparation of hyperbranched polymeric ionic liquids for epoxy resin with simultaneous improvement of strength and toughness | |
Rangappa et al. | Toughened bioepoxy blends and composites based on poly (ethylene glycol)-block-poly (propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol) triblock copolymer and sisal fiber fabrics: A new approach | |
Zhong et al. | Phase behaviour and mechanical properties of epoxy resin containing phenolphthalein poly (ether ether ketone) | |
CN105073822A (zh) | 环氧树脂组合物及其固化物、预浸料、以及纤维强化复合材料 | |
US20150284562A1 (en) | Curable epoxy composition and a composite made therefrom | |
CN115651165B (zh) | 一种可回收环氧树脂及其制备方法和回收方法 | |
US20110294963A1 (en) | Method of toughening epoxy resin and toughened epoxy resin composite | |
Luo et al. | Eco-friendly soy protein isolate-based films strengthened by water-soluble glycerin epoxy resin | |
Goswami et al. | Study of mechanical and thermomechanical properties of vinyl ester/polyurethane interpenetrating polymer network based hybrid composites | |
CN113667275B (zh) | 一种改善的木质素环氧树脂/碳纤维复合材料及其制备方法 | |
CN112673038A (zh) | 环氧树脂组合物、纤维增强复合材料用成型材料及纤维增强复合材料 | |
Pan et al. | A novel composite epoxy resin toughened by epoxy-terminated phenyl tris (dimethylsiloxy) silane at low temperature | |
CN111607066B (zh) | 一种星型聚酯改性木质素环氧树脂及其碳纤维复合预浸料 | |
Shang et al. | Toughness improvement of epoxy composites using a kind of environment-friendly bio-based polyester polyol | |
CN113480707B (zh) | 芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂及其制备和应用 | |
JP5143652B2 (ja) | エポキシ樹脂 | |
EP3766912A1 (en) | Epoxy resin composition, prepreg, fiber-reinforced composite material, and production methods therefor | |
CN111777954A (zh) | 环氧胶及其应用 | |
CN111454438B (zh) | 改性pet树脂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |