CN113817291B - 碳纤维真空灌注环氧树脂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:25～50的树脂体系和固化体系混合得到；其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：100份改性环氧树脂、1～5份阻燃剂、0.3～0.5份消泡剂和0.2～0.6份分散剂；其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：100份固化剂和15～25份固化促进剂。本发明所制备的碳纤维真空灌注环氧树脂区别于常规的普通环氧树脂与碳纤维的复合，本发明所使用的环氧树脂是经过改性后得到，改性后的环氧树脂与碳纤维处理制备得到的复合材料具有更高的强度、更好的韧性以及更高的层间剪切强度。

Description

碳纤维真空灌注环氧树脂
技术领域
本发明涉及环氧树脂领域，具体涉及碳纤维真空灌注环氧树脂。
背景技术
真空灌注工艺是一种制备大尺寸复合材料制品的液体模塑成型技术，是目前世界上先进的高性能低成本复合材料制备工艺，在风电领域应用广泛。真空灌注工艺可低压成型，整个工艺过程可在常温下进行，能耗低，在真空环境下树脂浸润碳纤维，制品中的气泡极少。环氧树脂是一种性能优良的高强度的工程材料，其优良的耐候性是制作风电系统的叶片、船舶游艇及汽车车体等的最佳选择，当其与碳纤维进行复合加工后，碳纤维的高强度及耐腐蚀性等优良性能也可以得到很好的表现。但是，目前真空灌注工艺中，碳纤维表面呈化学惰性，用常规树脂很难被有效浸渍，需要更长的灌注时间才能浸渍完全，且环氧树脂本身具有较大的脆性，从而导致制备得到的碳纤维环氧树脂基复合材料的拉伸强度不足、弯曲强度不足、层间剪切韧性较低的缺陷，限制了其应用发展。
发明内容
针对目前真空灌注工艺中，碳纤维环氧树脂基复合材料的拉伸强度不足、弯曲强度不足、层间剪切韧性较低的缺陷，限制了其应用发展的问题，本发明的目的是提供碳纤维真空灌注环氧树脂。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:25～50的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性环氧树脂、1～5份阻燃剂、0.3～0.5份消泡剂和0.2～0.6份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和15～25份固化促进剂。
优选地，所述碳纤维编织布与所述环氧树脂的质量比为1:0.42～0.56。
优选地，所述碳纤维编织布的厚度为5～20mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3.
优选地，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种。
优选地，所述改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：
步骤1，使用γ-氨基丁酸与酚磺乙胺反应，制备得到磺胺丁酸基化合物；
步骤2，使用磺胺丁酸基化合物与氯化铋反应，制备得到磺胺丁酸基铋；
步骤3，使用磺胺丁酸基铋与环氧树脂反应，得到改性环氧树脂。
优选地，所述阻燃剂为双酚A双(二苯基)磷酸酯、磷酸三甲苯酯、叔丁基化磷酸三苯酯、1-苯乙基膦酸二乙酯、甲基膦酸二甲酯中的一种。
优选地，所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂、聚醚消泡剂、有机硅消泡剂中的一种。
优选地，所述分散剂为聚四氟乙烯微粉或乙撑基双硬脂酰胺。
优选地，所述固化剂为聚醚胺固化剂、脂环胺固化剂、酸酐固化剂中的一种。
优选地，所述固化促进剂为胺类固化促进剂、取代脲类固化促进剂、咪唑类固化促进剂、酚类固化促进剂中的一种。
优选地，所述步骤1具体为：
依次称取酚磺乙胺、γ-氨基丁酸与去离子水混合，混合均匀后，加入质量分数为20％的盐酸溶液，充分混合后置于回流冷凝装置内，开启加热，待反应液温度达到80～100℃后，以20～30滴/分钟的速度逐滴加入质量分数为40％的乙醛溶液，完全滴加后继续升温至105～120℃，保温反应2～3h，自然冷却至室温后，旋蒸除去溶剂并倒入丙酮中，充分混合后并置于4～10℃下静置处理5～8h，过滤后干燥，得到磺胺丁酸基化合物；其中，酚磺乙胺、γ-氨基丁酸、去离子水、盐酸溶液与乙醛溶液的质量比为1:0.6～0.8:10～15:2.2～3.6:8～10。
优选地，所述步骤2具体为：
S1.称取三氯化铋与质量分数为10％的盐酸溶液混合后，充分搅拌至完全溶解后，得到三氯化铋溶液；其中，三氯化铋与盐酸溶液的质量比为1:5～10；
S2.称取磺胺丁酸基化合物与去离子水混合，充分搅拌均匀后，得到磺胺丁酸基化合物溶液；其中，磺胺丁酸基化合物与去离子水的质量比为1:5～10；
S3.将三氯化铋溶液升温至80～100℃，然后以20～30滴/分钟的速度逐滴加入磺胺丁酸基化合物溶液，完全滴加后，保温反应15～20h，反应结束后过滤收集固体颗粒，依次经过洗涤和干燥后，得到磺胺丁酸基铋；其中，三氯化铋溶液与磺胺丁酸基化合物溶液的质量比为1.2～1.6:1。
优选地，所述步骤3具体为：
称取磺胺丁酸基铋与丙酮混合均匀后，加入至环氧树脂中，室温下持续搅拌2～3h，之后升温除去丙酮，得到改性环氧树脂；其中，磺胺丁酸基铋、丙酮与环氧树脂的质量比为1:10～15:40～60。
优选地，所述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理1～2h，然后再置于溶有硅烷偶联剂的蒸馏水中，超声处理1～2h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；
步骤40，将灌注后的模具在温度为20～30℃以及压强为6～10MPa的条件下静置0.5～2h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂。
优选地，所述步骤10中，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。
优选地，所述步骤10中，硅烷偶联剂与蒸馏水的质量比为5～10:100；
优选地，所述步骤20中，树脂体系和固化体系混合均匀后，常温下静置0.2～0.6h后，再进行真空灌注。
优选地，所述步骤30中，模具密封后抽真空的真空度为0.2～0.8Pa。
优选地，所述步骤30中，真空灌注的过程中，待灌注环氧树脂在碳纤维编织布上的流速为5～10mm/min，
优选地，所述步骤40中，固化成型的温度为80～120℃。
本发明的有益效果为：
本发明所制备的碳纤维真空灌注环氧树脂区别于常规的普通环氧树脂与碳纤维的复合，本发明所使用的环氧树脂是经过改性后得到，改性后的环氧树脂与碳纤维处理制备得到的复合材料具有更高的拉伸强度、弯曲强度以及更优异的层间剪切韧性。
本发明所制备的碳纤维真空灌注环氧树脂，在制备过程中，由于分别对碳纤维以及环氧树脂进行了改性处理，在灌注浸渍的过程中则节省了大量的时间，一般条件下，环氧树脂对碳纤维的浸渍需要三个小时以上，而本申请在浸渍了一个小时后就能够达到要求，缩短了三分之二的时间。
本发明制备的碳纤维环氧树脂基复合材料所使用的改性环氧树脂是通过磺胺丁酸基铋改性后得到，磺胺丁酸基铋是由γ-氨基丁酸与酚磺乙胺反应得到的磺胺丁酸基化合物与氯化铋反应后得到。碳纤维使用的是碳纤维编织布，在进行真空灌注前，对碳纤维进行丙酮清洗除去其表面的惰性成分，然后使用硅烷偶联剂进行活化处理，以增加其表面的活性，方便后续与环氧树脂的结合。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明制备的碳纤维环氧树脂基复合材料所使用的改性环氧树脂是通过磺胺丁酸基铋改性后得到，磺胺丁酸基铋是由γ-氨基丁酸与酚磺乙胺反应得到的磺胺丁酸基化合物与氯化铋反应后得到。其中，γ-氨基丁酸与酚磺乙胺反应得到的磺胺丁酸基化合物的过程中，利用了γ-氨基丁酸中的氨基与酚磺乙胺的磺酸基进行结合，该结合反应发生的条件是：浓酸、高温以及乙醛的作用；由于金属铋容易与有机基团形成配合物，且表现稳定，本发明使用铋盐与磺胺丁酸基化合物进行反应，铋盐与磺胺丁酸基化合物结合生成铋基络合物磺胺丁酸基铋。磺胺丁酸基铋体系内的多种活性官能团使其能够与树脂体系中的活性基团形成嵌段，从而分散性较好，起到加强树脂的交联作用，增强了树脂的韧性；且其分子内的亚甲基基团能够与环氧树脂基体结合，能够增加环氧树脂与碳纤维之间的界面相容性，从而能够更好的使环氧树脂与碳纤维紧密结合，起到强化固定的作用。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:35的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性环氧树脂、3份阻燃剂、0.4份消泡剂和0.4份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和20份固化促进剂。
碳纤维编织布与环氧树脂的质量比为1:0.48。
碳纤维编织布的厚度为15mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3.
阻燃剂为双酚A双(二苯基)磷酸酯，消泡剂为聚硅氧烷消泡剂，分散剂为聚四氟乙烯微粉，固化剂为聚醚胺固化剂，固化促进剂为胺类固化促进剂。
改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：
步骤1，制备磺胺丁酸基化合物：
依次称取酚磺乙胺、γ-氨基丁酸与去离子水混合，混合均匀后，加入质量分数为20％的盐酸溶液，充分混合后置于回流冷凝装置内，开启加热，待反应液温度达到80～100℃后，以20～30滴/分钟的速度逐滴加入质量分数为40％的乙醛溶液，完全滴加后继续升温至105～120℃，保温反应2～3h，自然冷却至室温后，旋蒸除去溶剂并倒入丙酮中，充分混合后并置于4～10℃下静置处理5～8h，过滤后干燥，得到磺胺丁酸基化合物；其中，酚磺乙胺、γ-氨基丁酸、去离子水、盐酸溶液与乙醛溶液的质量比为1:0.7:12:2.7:9。
步骤2，制备磺胺丁酸基铋：
S1.称取三氯化铋与质量分数为10％的盐酸溶液混合后，充分搅拌至完全溶解后，得到三氯化铋溶液；其中，三氯化铋与盐酸溶液的质量比为1:8；
S2.称取磺胺丁酸基化合物与去离子水混合，充分搅拌均匀后，得到磺胺丁酸基化合物溶液；其中，磺胺丁酸基化合物与去离子水的质量比为1:8；
S3.将三氯化铋溶液升温至80～100℃，然后以20～30滴/分钟的速度逐滴加入磺胺丁酸基化合物溶液，完全滴加后，保温反应15～20h，反应结束后过滤收集固体颗粒，依次经过洗涤和干燥后，得到磺胺丁酸基铋；其中，三氯化铋溶液与磺胺丁酸基化合物溶液的质量比为1.4:1。
步骤3，制备改性环氧树脂：
称取磺胺丁酸基铋与丙酮混合均匀后，加入至双酚A环氧树脂中，室温下持续搅拌2～3h，之后升温除去丙酮，得到改性环氧树脂；其中，磺胺丁酸基铋、丙酮与双酚A环氧树脂的质量比为1:12:50。
上述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理1.5h，然后再置于溶有乙烯基三乙氧基硅烷的蒸馏水中，超声处理1.5h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；其中，乙烯基三乙氧基硅烷与蒸馏水的质量比为8:100；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，常温下静置0.4h，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；其中，待灌注环氧树脂在碳纤维编织布上的流速为8mm/min；
步骤40，将灌注后的模具在温度为25℃以及压强为8MPa的条件下静置1h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂；其中，固化成型的温度为100℃。
实施例2
碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:25的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性环氧树脂、1份阻燃剂、0.3份消泡剂和0.2份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和15份固化促进剂。
碳纤维编织布与环氧树脂的质量比为1:0.42。
碳纤维编织布的厚度为5mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3.
阻燃剂为磷酸三甲苯酯，消泡剂为聚醚消泡剂，分散剂为乙撑基双硬脂酰胺，固化剂为脂环胺固化剂，固化促进剂为取代脲类固化促进剂。
改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：
步骤1，制备磺胺丁酸基化合物：
依次称取酚磺乙胺、γ-氨基丁酸与去离子水混合，混合均匀后，加入质量分数为20％的盐酸溶液，充分混合后置于回流冷凝装置内，开启加热，待反应液温度达到80～100℃后，以20～30滴/分钟的速度逐滴加入质量分数为40％的乙醛溶液，完全滴加后继续升温至105～120℃，保温反应2～3h，自然冷却至室温后，旋蒸除去溶剂并倒入丙酮中，充分混合后并置于4～10℃下静置处理5～8h，过滤后干燥，得到磺胺丁酸基化合物；其中，酚磺乙胺、γ-氨基丁酸、去离子水、盐酸溶液与乙醛溶液的质量比为1:0.6:10:2.2:8。
步骤2，制备磺胺丁酸基铋：
S1.称取三氯化铋与质量分数为10％的盐酸溶液混合后，充分搅拌至完全溶解后，得到三氯化铋溶液；其中，三氯化铋与盐酸溶液的质量比为1:5；
S2.称取磺胺丁酸基化合物与去离子水混合，充分搅拌均匀后，得到磺胺丁酸基化合物溶液；其中，磺胺丁酸基化合物与去离子水的质量比为1:5；
S3.将三氯化铋溶液升温至80～100℃，然后以20～30滴/分钟的速度逐滴加入磺胺丁酸基化合物溶液，完全滴加后，保温反应15～20h，反应结束后过滤收集固体颗粒，依次经过洗涤和干燥后，得到磺胺丁酸基铋；其中，三氯化铋溶液与磺胺丁酸基化合物溶液的质量比为1.2:1。
步骤3，制备改性环氧树脂：
称取磺胺丁酸基铋与丙酮混合均匀后，加入至双酚F环氧树脂中，室温下持续搅拌2～3h，之后升温除去丙酮，得到改性环氧树脂；其中，磺胺丁酸基铋、丙酮与双酚F环氧树脂的质量比为1:10:40。
上述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理1h，然后再置于溶有乙烯基三甲氧基硅烷的蒸馏水中，超声处理1h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；其中，乙烯基三甲氧基硅烷与蒸馏水的质量比为5:100；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，常温下静置0.2h，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；其中，待灌注环氧树脂在碳纤维编织布上的流速为5mm/min；
步骤40，将灌注后的模具在温度为20℃以及压强为6MPa的条件下静置0.5h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂；其中，固化成型的温度为80℃。
实施例3
碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:50的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性环氧树脂、5份阻燃剂、0.5份消泡剂和0.6份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和25份固化促进剂。
碳纤维编织布与环氧树脂的质量比为1:0.56。
碳纤维编织布的厚度为20mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3.
阻燃剂为叔丁基化磷酸三苯酯，消泡剂为有机硅消泡剂，分散剂为聚四氟乙烯微粉，固化剂为酸酐固化剂，固化促进剂为咪唑类固化促进剂。
改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：
步骤1，制备磺胺丁酸基化合物：
依次称取酚磺乙胺、γ-氨基丁酸与去离子水混合，混合均匀后，加入质量分数为20％的盐酸溶液，充分混合后置于回流冷凝装置内，开启加热，待反应液温度达到80～100℃后，以20～30滴/分钟的速度逐滴加入质量分数为40％的乙醛溶液，完全滴加后继续升温至105～120℃，保温反应2～3h，自然冷却至室温后，旋蒸除去溶剂并倒入丙酮中，充分混合后并置于4～10℃下静置处理5～8h，过滤后干燥，得到磺胺丁酸基化合物；其中，酚磺乙胺、γ-氨基丁酸、去离子水、盐酸溶液与乙醛溶液的质量比为1:0.8:15:3.6:10。
步骤2，制备磺胺丁酸基铋：
S1.称取三氯化铋与质量分数为10％的盐酸溶液混合后，充分搅拌至完全溶解后，得到三氯化铋溶液；其中，三氯化铋与盐酸溶液的质量比为1:10；
S2.称取磺胺丁酸基化合物与去离子水混合，充分搅拌均匀后，得到磺胺丁酸基化合物溶液；其中，磺胺丁酸基化合物与去离子水的质量比为1:10；
S3.将三氯化铋溶液升温至80～100℃，然后以20～30滴/分钟的速度逐滴加入磺胺丁酸基化合物溶液，完全滴加后，保温反应15～20h，反应结束后过滤收集固体颗粒，依次经过洗涤和干燥后，得到磺胺丁酸基铋；其中，三氯化铋溶液与磺胺丁酸基化合物溶液的质量比为1.6:1。
步骤3，制备改性环氧树脂：
称取磺胺丁酸基铋与丙酮混合均匀后，加入至酚醛环氧树脂中，室温下持续搅拌2～3h，之后升温除去丙酮，得到改性环氧树脂；其中，磺胺丁酸基铋、丙酮与酚醛环氧树脂的质量比为1:15:60。
上述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理2h，然后再置于溶有乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的蒸馏水中，超声处理1～2h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；其中，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与蒸馏水的质量比为10:100；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，常温下静置0.6h，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；其中，待灌注环氧树脂在碳纤维编织布上的流速为10mm/min；
步骤40，将灌注后的模具在温度为30℃以及压强为10MPa的条件下静置2h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂；其中，固化成型的温度为120℃。
对比例1
碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:35的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性环氧树脂、3份阻燃剂、0.4份消泡剂和0.4份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和20份固化促进剂。
碳纤维编织布与环氧树脂的质量比为1:0.48。
碳纤维编织布的厚度为15mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3.
阻燃剂为双酚A双(二苯基)磷酸酯，消泡剂为聚硅氧烷消泡剂，分散剂为聚四氟乙烯微粉，固化剂为聚醚胺固化剂，固化促进剂为胺类固化促进剂。
改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：
步骤1，制备磺胺丁酸基化合物：
依次称取酚磺乙胺、γ-氨基丁酸与去离子水混合，混合均匀后，加入质量分数为20％的盐酸溶液，充分混合后置于回流冷凝装置内，开启加热，待反应液温度达到80～100℃后，以20～30滴/分钟的速度逐滴加入质量分数为40％的乙醛溶液，完全滴加后继续升温至105～120℃，保温反应2～3h，自然冷却至室温后，旋蒸除去溶剂并倒入丙酮中，充分混合后并置于4～10℃下静置处理5～8h，过滤后干燥，得到磺胺丁酸基化合物；其中，酚磺乙胺、γ-氨基丁酸、去离子水、盐酸溶液与乙醛溶液的质量比为1:0.7:12:2.7:9。
步骤2，制备改性环氧树脂：
称取磺胺丁酸基化合物与丙酮混合均匀后，加入至双酚A环氧树脂中，室温下持续搅拌2～3h，之后升温除去丙酮，得到改性环氧树脂；其中，磺胺丁酸基铋、丙酮与双酚A环氧树脂的质量比为1:12:50。
上述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理1.5h，然后再置于溶有乙烯基三乙氧基硅烷的蒸馏水中，超声处理1.5h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；其中，乙烯基三乙氧基硅烷与蒸馏水的质量比为8:100；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，常温下静置0.4h，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；其中，待灌注环氧树脂在碳纤维编织布上的流速为8mm/min；
步骤40，将灌注后的模具在温度为25℃以及压强为8MPa的条件下静置1h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂；其中，固化成型的温度为100℃。
对比例2
碳纤维真空灌注环氧树脂，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:35的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份环氧树脂、3份阻燃剂、0.4份消泡剂和0.4份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和20份固化促进剂。
碳纤维编织布与环氧树脂的质量比为1:0.48。
碳纤维编织布的厚度为15mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3.
阻燃剂为双酚A双(二苯基)磷酸酯，消泡剂为聚硅氧烷消泡剂，分散剂为聚四氟乙烯微粉，固化剂为聚醚胺固化剂，固化促进剂为胺类固化促进剂。
上述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理1.5h，然后再置于溶有乙烯基三乙氧基硅烷的蒸馏水中，超声处理1.5h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；其中，乙烯基三乙氧基硅烷与蒸馏水的质量比为8:100；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，常温下静置0.4h，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；其中，待灌注环氧树脂在碳纤维编织布上的流速为8mm/min；
步骤40，将灌注后的模具在温度为25℃以及压强为8MPa的条件下静置1h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂；其中，固化成型的温度为100℃。
为了更清楚的说明本发明，将本发明实施例1～3以及对比例1～2中制备得到的碳纤维真空灌注环氧树脂进行性能上的检测，其中，拉伸强度和拉伸模量根据标准GB/T1040.1-2006进行检测，弯曲强度和弯曲模量根据标准GB/T 9341-2008进行检测，层间剪切韧性根据标准HB 7718 1-2002进行检测，结果如表1所示：
表1不同碳纤维真空灌注环氧树脂性能比较
实施例1 对比例1 对比例2
拉伸强度(MPa) 682 596 543
拉伸模量(GPa) 116 102 95
弯曲强度(MPa) 815 743 627
弯曲模量(GPa) 52 46 40
层间剪切韧性(kJ/m<sup>2</sup>) 1.57 1.24 1.10
由表1能够看出，本发明实施例1制备得到的碳纤维真空灌注环氧树脂相比较于现有的普通的碳纤维真空灌注环氧树脂具有更好的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切韧性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，包括碳纤维编织布以及环氧树脂固化物，环氧树脂固化物是由重量比为100:25～50的树脂体系和固化体系混合得到；
其中，树脂体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性环氧树脂、1～5份阻燃剂、0.3～0.5份消泡剂和0.2～0.6份分散剂；
其中，固化体系按照重量份数计算，包括以下成分：
100份固化剂和15～25份固化促进剂；
所述改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：
步骤1，使用γ-氨基丁酸与酚磺乙胺反应，制备得到磺胺丁酸基化合物；
步骤2，使用磺胺丁酸基化合物与氯化铋反应，制备得到磺胺丁酸基铋；
步骤3，使用磺胺丁酸基铋与环氧树脂反应，得到改性环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述碳纤维编织布与所述环氧树脂固化物的质量比为1:0.42～0.56。
3.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述碳纤维编织布的厚度为5～20mm，其中，所使用的碳纤维比重1.7～1.8g/cm3。
4.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种。
5.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述步骤1具体为：
依次称取酚磺乙胺、γ-氨基丁酸与去离子水混合，混合均匀后，加入质量分数为20％的盐酸溶液，充分混合后置于回流冷凝装置内，开启加热，待反应液温度达到80～100℃后，以20～30滴/分钟的速度逐滴加入质量分数为40％的乙醛溶液，完全滴加后继续升温至105～120℃，保温反应2～3h，自然冷却至室温后，旋蒸除去溶剂并倒入丙酮中，充分混合后并置于4～10℃下静置处理5～8h，过滤后干燥，得到磺胺丁酸基化合物；其中，酚磺乙胺、γ-氨基丁酸、去离子水、盐酸溶液与乙醛溶液的质量比为1:0.6～0.8:10～15:2.2～3.6:8～10。
6.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述步骤2具体为：
S1.称取三氯化铋与质量分数为10％的盐酸溶液混合后，充分搅拌至完全溶解后，得到三氯化铋溶液；其中，三氯化铋与盐酸溶液的质量比为1:5～10；
S2.称取磺胺丁酸基化合物与去离子水混合，充分搅拌均匀后，得到磺胺丁酸基化合物溶液；其中，磺胺丁酸基化合物与去离子水的质量比为1:5～10；
S3.将三氯化铋溶液升温至80～100℃，然后以20～30滴/分钟的速度逐滴加入磺胺丁酸基化合物溶液，完全滴加后，保温反应15～20h，反应结束后过滤收集固体颗粒，依次经过洗涤和干燥后，得到磺胺丁酸基铋；其中，三氯化铋溶液与磺胺丁酸基化合物溶液的质量比为1.2～1.6:1。
7.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述步骤3具体为：
称取磺胺丁酸基铋与丙酮混合均匀后，加入至环氧树脂中，室温下持续搅拌2～3h，之后升温除去丙酮，得到改性环氧树脂；其中，磺胺丁酸基铋、丙酮与环氧树脂的质量比为1:10～15:40～60。
8.根据权利要求1所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述碳纤维真空灌注环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10，将碳纤维编织布置于丙酮中超声处理1～2h，然后再置于溶有硅烷偶联剂的蒸馏水中，超声处理1～2h后，干燥处理，得到处理后的碳纤维编织布；
步骤20，将树脂体系和固化体系混合，搅拌均匀后，得到待灌注环氧树脂；
步骤30，将处理后的碳纤维编织布铺设在模具中，然后将模具密封后抽真空，将待灌注环氧树脂通过真空灌注至模具中，得到灌注后的模具；
步骤40，将灌注后的模具在温度为20～30℃以及压强为6～10MPa的条件下静置0.5～2h，然后固化成型，得到碳纤维真空灌注环氧树脂。
9.根据权利要求8所述的碳纤维真空灌注环氧树脂，其特征在于，所述步骤10中，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。
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