CN114031896B - 一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法 - Google Patents
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114031896B CN114031896B CN202111409604.8A CN202111409604A CN114031896B CN 114031896 B CN114031896 B CN 114031896B CN 202111409604 A CN202111409604 A CN 202111409604A CN 114031896 B CN114031896 B CN 114031896B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- epoxy resin
- component
- carbon fiber
- parts
- resin composition
- 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
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 title claims abstract description 92
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 54
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 47
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 claims abstract description 24
- JFJNVIPVOCESGZ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dipyridin-2-ylpyridine Chemical compound N1=CC=CC=C1C1=CC=CN=C1C1=CC=CC=N1 JFJNVIPVOCESGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- WJRBRSLFGCUECM-UHFFFAOYSA-N hydantoin Chemical compound O=C1CNC(=O)N1 WJRBRSLFGCUECM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229940091173 hydantoin Drugs 0.000 claims abstract description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 30
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 15
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 12
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 claims description 6
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000006459 hydrosilylation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 125000002883 imidazolyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- YSUQLAYJZDEMOT-UHFFFAOYSA-N 2-(butoxymethyl)oxirane Chemical compound CCCCOCC1CO1 YSUQLAYJZDEMOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XBIUWALDKXACEA-UHFFFAOYSA-N 3-[bis(2,4-dioxopentan-3-yl)alumanyl]pentane-2,4-dione Chemical compound CC(=O)C(C(C)=O)[Al](C(C(C)=O)C(C)=O)C(C(C)=O)C(C)=O XBIUWALDKXACEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UWFRVQVNYNPBEF-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4-dimethylphenyl)propan-1-one Chemical compound CCC(=O)C1=CC=C(C)C=C1C UWFRVQVNYNPBEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HPILSDOMLLYBQF-UHFFFAOYSA-N 2-[1-(oxiran-2-ylmethoxy)butoxymethyl]oxirane Chemical compound C1OC1COC(CCC)OCC1CO1 HPILSDOMLLYBQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UIDDPPKZYZTEGS-UHFFFAOYSA-N 3-(2-ethyl-4-methylimidazol-1-yl)propanenitrile Chemical compound CCC1=NC(C)=CN1CCC#N UIDDPPKZYZTEGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 4
- QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N triethoxysilane Chemical compound CCO[SiH](OCC)OCC QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical compound CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HRWYHCYGVIJOEC-UHFFFAOYSA-N 2-(octoxymethyl)oxirane Chemical compound CCCCCCCCOCC1CO1 HRWYHCYGVIJOEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KFUSXMDYOPXKKT-UHFFFAOYSA-N 2-[(2-methylphenoxy)methyl]oxirane Chemical compound CC1=CC=CC=C1OCC1OC1 KFUSXMDYOPXKKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HSDVRWZKEDRBAG-UHFFFAOYSA-N 2-[1-(oxiran-2-ylmethoxy)hexoxymethyl]oxirane Chemical compound C1OC1COC(CCCCC)OCC1CO1 HSDVRWZKEDRBAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LUSCNZBJFBNVDT-UHFFFAOYSA-N 2-[[1-(oxiran-2-ylmethoxy)cyclohexyl]oxymethyl]oxirane Chemical compound C1OC1COC1(OCC2OC2)CCCCC1 LUSCNZBJFBNVDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KUAUJXBLDYVELT-UHFFFAOYSA-N 2-[[2,2-dimethyl-3-(oxiran-2-ylmethoxy)propoxy]methyl]oxirane Chemical compound C1OC1COCC(C)(C)COCC1CO1 KUAUJXBLDYVELT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JIVCXKDFJOTNAR-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1,3-diphenyl-2h-imidazole Chemical compound CC1N(C=2C=CC=CC=2)C=CN1C1=CC=CC=C1 JIVCXKDFJOTNAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LLEASVZEQBICSN-UHFFFAOYSA-N 2-undecyl-1h-imidazole Chemical compound CCCCCCCCCCCC1=NC=CN1 LLEASVZEQBICSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FQYUMYWMJTYZTK-UHFFFAOYSA-N Phenyl glycidyl ether Chemical compound C1OC1COC1=CC=CC=C1 FQYUMYWMJTYZTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- XEHUIDSUOAGHBW-UHFFFAOYSA-N chromium;pentane-2,4-dione Chemical compound [Cr].CC(=O)CC(C)=O.CC(=O)CC(C)=O.CC(=O)CC(C)=O XEHUIDSUOAGHBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 3
- QNYBOILAKBSWFG-UHFFFAOYSA-N 2-(phenylmethoxymethyl)oxirane Chemical compound C1OC1COCC1=CC=CC=C1 QNYBOILAKBSWFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YTWBFUCJVWKCCK-UHFFFAOYSA-N 2-heptadecyl-1h-imidazole Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC1=NC=CN1 YTWBFUCJVWKCCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000012745 toughening agent Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004841 bisphenol A epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
-
- 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
- C08G59/40—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 curing agents used
- C08G59/50—Amines
- C08G59/5046—Amines heterocyclic
- C08G59/5053—Amines heterocyclic containing only nitrogen as a heteroatom
- C08G59/5073—Amines heterocyclic containing only nitrogen as a heteroatom having two nitrogen atoms in the ring
-
- 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
- C08G59/68—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 catalysts used
-
- 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
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2237—Oxides; Hydroxides of metals of titanium
- C08K2003/2241—Titanium dioxide
-
- 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
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/24—Acids; Salts thereof
- C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
- C08K2003/265—Calcium, strontium or barium carbonate
-
- 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
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
本发明提供了一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法,以低粘度的海因环氧树脂为主要基体树脂,并添加了三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂以提高组合物的相容性,与碳纤维的黏附力;同时,添加了疏水改性纳米填料对组合物进行无机粒子增韧,改善了固化物的韧性,提高了力学性能,获得了综合性能优良的碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。同时,通过添加潜伏型固化剂和促进剂,调整环氧树脂组合物的可操作时间,使得所述复合材料在40‑50℃时具有较为适中的粘度(400‑700cps),且在该温度下粘度翻倍的时间超过10h,具有良好的可操作时间。同时,所述制备方法和施工方法简单,安全高效,能够满足工业生产的需要。
Description
技术领域
本发明属于先进复合材料技术领域,特别涉及一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法。
背景技术
碳纤维缠绕成型技术时制造高性能碳纤维复合材料的方法之一,制备得到的复合材料中树脂基体与碳纤维将载荷通过界面传递给纤维,不仅能够发挥碳纤维优异的力学性能,还能起到使载荷均匀分布和防止纤维损伤的作用,在航空航天、石油化工、汽车领域具有广泛的应用。
具体来说,碳纤维缠绕成型技术是在控制纤维张力和预定线型的条件下,将浸渍树脂胶液的连续纤维,往复缠绕在相应的芯模或内衬上,再固化制成一定形状的制品的方法,具有产品精度高、原材料浪费少、耐高温、耐摩擦、高比强、高比模等的性能优势。
环氧树脂具有力学性能高、粘接性能优异、固化收缩率小、耐化学腐蚀性等优点,是碳纤维缠绕成型技术中常用的树脂基体,然而,环氧树脂的固化物较脆,韧性和耐冲击性较差,影响了其进一步的应用。现有技术通常需引入增韧剂调节体系韧性,但增韧剂的加入会影响基体力学性能并导致模量下降,难以实现模量与韧性的兼顾;同时,随着纤维复合材料应用的发展,对环氧树脂基体及其复合材料的性能,例如韧性、强度、界面性能、耐热性等都提出了更高的要求。
与此同时,纤维缠绕成型技术对复合材料的粘度、浸润性和可操作时间具有较高的要求,如果复合材料在缠绕温度下粘度过高,或粘度增长过快,对纤维的浸润性会变差,导致复合材料与纤维的界面结合力较差,制备的产品难以拥有良好的性能。目前,研究如何制备一种粘度适中、可操作时间长、界面结合力高、耐热性以及耐冲击性的用于纤维缠绕的环氧树脂基复合材料仍然是该领域需要突破的技术重点。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法,通过对环氧树脂种类的选择以及复配不同类型的树脂进行掺杂改性,并添加相应的纳米填料和界面结合剂等功能原料,提供了环氧树脂组合物与碳纤维的界面结合力,且实现了韧性、可操作时间、拉伸强度等性能的兼顾和提升,获得了综合性能优良的碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
为了实现上述目的,本发明采用如下的技术方案,一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,包括A组分和B组分,所述A组分和B组分的质量比是100:30-40,所述A组分按照重量份包括以下原料:
海因环氧树脂100份,三联吡啶系环氧树脂20-40份,界面结合剂10-20份,活性稀释剂40-60份,疏水改性纳米填料2-5份;
所述B组分按照重量份包括以下原料:潜伏型固化剂20-30份,促进剂3-6份,润湿分散剂1-3份。
所述海因环氧树脂的环氧值为0.7-0.8,粘度为2500-4500cps;所述三联吡啶系环氧树脂具有结构式(I);
其中,R为C1-C6的直链烷烃。
所述界面结合剂是重均分子量为600-800g/mol的聚合物,其通过端环氧基烯丙基聚醚与硅烷偶联剂通过硅氢反应制备而成,所述硅烷偶联剂为三乙氧基硅烷,三甲氧基硅烷的一种。
所述疏水改性纳米填料的粒径为100-200nm,选自二氧化硅、二氧化钛、碳纳米管、石墨烯、碳酸钙的至少一种;所述疏水改性纳米填料是通过将纳米填料经过硅烷偶联剂混合改性制备而成的。
所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比3-5:1的混合物,所述二官能环氧化合物为丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚的至少一种;所述单官能环氧化合物为邻甲苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚的至少一种。
所述潜伏型固化剂为咪唑类潜伏型固化剂,选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑,2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,3-二苯基-2甲基咪唑的氯化物的至少一种;所述促进剂为乙酰丙酮铝或乙酰丙酮铬的一种。
本发明的另一个目的在于提供一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量比将海因环氧树脂、活性稀释剂和疏水改性纳米填料混合均匀,升温至30-40℃后,加入三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂,搅拌10-20min得到A组分;
(2)按照重量比将潜伏型固化剂、促进剂和润湿分散剂混合均匀后得到B组分,
(3)按照重量比将A组分和B组分混合均匀,得到碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
本发明的另一个目的在于提供一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的施工方法,包括以下步骤:
(1)将碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的A组分和B组分按照重量比混合均匀,通过真空脱泡处理后,升温至40-50℃置于胶槽中,对碳纤维进行浸渍缠绕得到制品;
(2)将制品置于烘箱中,以8-10℃/min的升温速率加热至100-110℃,保温40-60min后,再以5-10℃/min的升温速率加热至170-180℃,保温80-100min,即可。
与现有技术相比,本发明具有以下的有益效果:
(1)本发明提供了一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法,以低粘度的海因环氧树脂为主要基体树脂,并添加了三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂以提高组合物的相容性,与碳纤维的黏附力;同时,添加了疏水改性纳米填料对组合物进行无机粒子增韧,改善了固化物的韧性,提高了力学性能,获得了综合性能优良的碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
(2)本发明为了提高环氧树脂组合物对碳纤维的浸润性,添加了具有环氧基和硅氧基的界面结合剂,有利于在树脂基体和碳纤维之间提供桥梁作用,且硅氧基具有较低的界面能与碳纤维的亲和性较环氧树脂基体强利于复合材料对碳纤维的浸润性,使得本发明的环氧树脂复合材料对碳纤维的浸润接触角小于45°;同时,所述界面结合剂有助于提高复合材料和纤维的层间剪切强度。
(3)本发明通过添加潜伏型固化剂和促进剂,调整环氧树脂组合物的可操作时间,使得所述复合材料在40-50℃时具有较为适中的粘度(400-700cps),且在该温度下粘度翻倍的时间超过10h,具有良好的可操作时间。同时,所述制备方法和施工方法简单,安全高效,能够满足工业生产的需要。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。本发明所有原料,对其来源没有特别限制,在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
实施例1
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,包括A组分和B组分,所述A组分和B组分的质量比是100:30,所述A组分按照重量份包括以下原料:海因环氧树脂100份,三联吡啶系环氧树脂20份,界面结合剂20份,活性稀释剂50份,疏水改性纳米填料4份;
所述B组分按照重量份包括以下原料:潜伏型固化剂30份,促进剂6份,润湿分散剂3份。
所述海因环氧树脂的环氧值为0.7,粘度为4000cps;所述三联吡啶系环氧树脂具有结构式(I);
其中,R为C2的直链烷烃。
所述界面结合剂是重均分子量为680g/mol的聚合物,其通过端环氧基烯丙基聚醚与硅烷偶联剂通过硅氢反应制备而成,所述硅烷偶联剂为三乙氧基硅烷;
所述疏水改性纳米填料的粒径为100nm,选自碳纳米管;所述疏水改性纳米填料是通过将纳米填料经过硅烷偶联剂混合改性制备而成的;
所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比3:1的混合物,所述二官能环氧化合物为丁二醇二缩水甘油醚和乙二醇二缩水甘油醚按照重量比1:1的混合物;所述单官能环氧化合物为丁基缩水甘油醚;
所述潜伏型固化剂为咪唑类潜伏型固化剂,选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑;所述促进剂为乙酰丙酮铝。
上述一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量比将海因环氧树脂、活性稀释剂和疏水改性纳米填料混合均匀,升温至40℃后,加入三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂,搅拌20min得到A组分;
(2)按照重量比将潜伏型固化剂、促进剂和润湿分散剂混合均匀后得到B组分,
(3)按照重量比将A组分和B组分混合均匀,得到碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
实施例2
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,包括A组分和B组分,所述A组分和B组分的质量比是100:35,所述A组分按照重量份包括以下原料:海因环氧树脂100份,三联吡啶系环氧树脂40份,界面结合剂15份,活性稀释剂45份,疏水改性纳米填料2份;
所述B组分按照重量份包括以下原料:潜伏型固化剂25份,促进剂6份,润湿分散剂2份。
所述海因环氧树脂的环氧值为0.75,粘度为3500cps;所述三联吡啶系环氧树脂具有结构式(I);
其中,R为C6的直链烷烃。
所述界面结合剂是重均分子量为800g/mol的聚合物,其通过端环氧基烯丙基聚醚与硅烷偶联剂通过硅氢反应制备而成,所述硅烷偶联剂为三甲氧基硅烷的一种。
所述疏水改性纳米填料的粒径为150nm,选自二氧化硅;所述疏水改性纳米填料是通过将纳米填料经过硅烷偶联剂混合改性制备而成的。
所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比5:1的混合物,所述二官能环氧化合物为己二醇二缩水甘油醚和新戊二醇二缩水甘油醚按照重量比2:1的混合物;所述单官能环氧化合物为邻甲苯基缩水甘油醚和丁基缩水甘油醚按照重量比1:1的混合物;
所述潜伏型固化剂为咪唑类潜伏型固化剂,选自2-十一烷基咪唑;所述促进剂为乙酰丙酮铝。
上述一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量比将海因环氧树脂、活性稀释剂和疏水改性纳米填料混合均匀,升温至35℃后,加入三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂,搅拌15min得到A组分;
(2)按照重量比将潜伏型固化剂、促进剂和润湿分散剂混合均匀后得到B组分,
(3)按照重量比将A组分和B组分混合均匀,得到碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
实施例3
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,包括A组分和B组分,所述A组分和B组分的质量比是100:40,所述A组分按照重量份包括以下原料:
海因环氧树脂100份,三联吡啶系环氧树脂28份,界面结合剂17份,活性稀释剂55份,疏水改性纳米填料4.5份;
所述B组分按照重量份包括以下原料:潜伏型固化剂26份,促进剂4份,润湿分散剂1.5份。
所述海因环氧树脂的环氧值为0.76,粘度为3600cps;所述三联吡啶系环氧树脂具有结构式(I);
其中,R为C3的直链烷烃。
所述界面结合剂是重均分子量为720g/mol的聚合物,其通过端环氧基烯丙基聚醚与硅烷偶联剂通过硅氢反应制备而成,所述硅烷偶联剂为三乙氧基硅烷;所述疏水改性纳米填料的粒径为180nm,选自碳酸钙;所述疏水改性纳米填料是通过将纳米填料经过硅烷偶联剂混合改性制备而成的。
所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比4:1的混合物,所述二官能环氧化合物为乙二醇二缩水甘油醚和环己二醇二缩水甘油醚按照重量比1:2的混合物;所述单官能环氧化合物为辛基缩水甘油醚;所述潜伏型固化剂为咪唑类潜伏型固化剂,选自1,3-二苯基-2甲基咪唑的氯化物;所述促进剂为乙酰丙酮铬
上述一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量比将海因环氧树脂、活性稀释剂和疏水改性纳米填料混合均匀,升温至40℃后,加入三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂,搅拌20min得到A组分;
(2)按照重量比将潜伏型固化剂、促进剂和润湿分散剂混合均匀后得到B组分,
(3)按照重量比将A组分和B组分混合均匀,得到碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
实施例4
一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,包括A组分和B组分,所述A组分和B组分的质量比是100:36,所述A组分按照重量份包括以下原料:海因环氧树脂100份,三联吡啶系环氧树脂32份,界面结合剂15份,活性稀释剂50份,疏水改性纳米填料4份;所述B组分按照重量份包括以下原料:潜伏型固化剂27份,促进剂5份,润湿分散剂3份。
所述海因环氧树脂的环氧值为0.8,粘度为2800cps;所述三联吡啶系环氧树脂具有结构式(I);
其中,R为C5的直链烷烃。
所述界面结合剂是重均分子量为750g/mol的聚合物,其通过端环氧基烯丙基聚醚与硅烷偶联剂通过硅氢反应制备而成,所述硅烷偶联剂为三甲氧基硅烷的一种。
所述疏水改性纳米填料的粒径为200nm,选自二氧化钛;所述疏水改性纳米填料是通过将纳米填料经过硅烷偶联剂混合改性制备而成的。
所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比5:1的混合物,所述二官能环氧化合物为丁二醇二缩水甘油醚;所述单官能环氧化合物为苯基缩水甘油醚和丁基缩水甘油醚按照重量比1:2的混合物;所述潜伏型固化剂为咪唑类潜伏型固化剂,选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑;所述促进剂为乙酰丙酮铝。
上述一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量比将海因环氧树脂、活性稀释剂和疏水改性纳米填料混合均匀,升温至30℃后,加入三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂,搅拌20min得到A组分;
(2)按照重量比将潜伏型固化剂、促进剂和润湿分散剂混合均匀后得到B组分,
(3)按照重量比将A组分和B组分混合均匀,得到碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
对比例1
不添加海因环氧树脂,添加双酚A型环氧树脂,其余组分和配比与实施例4完全一致。
对比例2
不添加三联吡啶系环氧树脂,其余组分和配比与实施例4完全一致。
对比例3
不添加界面结合剂,其余组分和配比与实施例4完全一致。
对比例4
不添加疏水改性纳米填料,其余组分和配比与实施例4完全一致。
试样制品的制备:将实施例1-4和对比例1-4制备得到的环氧树脂组合物通过真空脱泡处理后,升温至40±2℃置于胶槽中,对碳纤维进行浸渍缠绕得到制品;将制品置于烘箱中,以8℃/min的升温速率加热至110℃,保温40min后,再以5℃/min的升温速率加热至180℃,保温100min,即可。
测试实施例1-4(S1-S4)和对比例1-4(D1-D4)制备得到的环氧树脂组合物的各项性能,测试结果见表1,其中,层间剪切强度是对碳纤维缠绕制品进行测试。
表1
从表1的试验数据可以发现,本发明提供一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,具有合适的低粘度和可操作时间,并且对碳纤维具有良好的浸润性,制备得到的缠绕制品具有良好的力学性能。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,其特征在于:包括A组分和B组分,所述A组分和B组分的质量比是100:30-40,所述A组分按照重量份包括以下原料:
海因环氧树脂 100份,三联吡啶系环氧树脂 20-40份,界面结合剂 10-20份,活性稀释剂 40-60份,疏水改性纳米填料 2-5份;
所述B组分按照重量份包括以下原料:潜伏型固化剂 20-30份,促进剂 3-6份,润湿分散剂 1-3份;
所述三联吡啶系环氧树脂具有结构式(I);
(I);其中,R为C1-C6的直链烷烃;
所述界面结合剂是重均分子量为600-800g/mol的聚合物,其通过端环氧基烯丙基聚醚与硅烷偶联剂通过硅氢反应制备而成,所述硅烷偶联剂为三乙氧基硅烷,三甲氧基硅烷中的一种;
所述海因环氧树脂的环氧值为 0.7-0.8, 粘度为2500-4500cps。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,其特征在于:所述疏水改性纳米填料的粒径为100-200nm,选自二氧化硅、二氧化钛、碳纳米管、石墨烯、碳酸钙的至少一种;所述疏水改性纳米填料是通过将纳米填料经过硅烷偶联剂混合改性制备而成的。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,其特征在于:所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比3-5:1的混合物,所述二官能环氧化合物为丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚的至少一种;所述单官能环氧化合物为邻甲苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,其特征在于:所述潜伏型固化剂为咪唑类潜伏型固化剂,选自1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑,2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1,3-二苯基-2甲基咪唑的氯化物的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物,其特征在于:所述促进剂为乙酰丙酮铝或乙酰丙酮铬的一种。
6.权利要求1-5任一项所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)按照重量比将海因环氧树脂、活性稀释剂和疏水改性纳米填料混合均匀,升温至30-40℃后,加入三联吡啶系环氧树脂和界面结合剂,搅拌10-20min得到A组分;
(2)按照重量比将潜伏型固化剂、促进剂和润湿分散剂混合均匀后得到B组分,
(3)按照重量比将A组分和B组分混合均匀,得到碳纤维缠绕用环氧树脂组合物。
7.权利要求1-5任一项所述的一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的施工方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将碳纤维缠绕用环氧树脂组合物的A组分和B组分按照重量比混合均匀,通过真空脱泡处理后,升温至40-50℃置于胶槽中,对碳纤维进行浸渍缠绕得到制品;
(2)将制品置于烘箱中,以8-10℃/min的升温速率加热至100-110℃,保温40-60min后,再以5-10℃/min的升温速率加热至170-180℃,保温80-100min,即可。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111409604.8A CN114031896B (zh) | 2021-11-20 | 2021-11-20 | 一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111409604.8A CN114031896B (zh) | 2021-11-20 | 2021-11-20 | 一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114031896A CN114031896A (zh) | 2022-02-11 |
CN114031896B true CN114031896B (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=80138744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111409604.8A Active CN114031896B (zh) | 2021-11-20 | 2021-11-20 | 一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114031896B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115782347A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-14 | 中国民用航空飞行学院 | 一种碳纤维/环氧树脂复合材料超疏水表面及其制备方法 |
CN115850620B (zh) * | 2022-12-14 | 2024-01-12 | 无锡万里实业集团有限公司 | 一种玻璃钢的制备方法及一种玻璃钢 |
CN116516429B (zh) * | 2023-03-02 | 2023-11-10 | 江苏东方九天新能源材料有限公司 | 一种动力锂电池用预镀镍钢带及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018181849A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 新日鉄住金化学株式会社 | 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料及び成形体 |
CN110511536A (zh) * | 2018-05-22 | 2019-11-29 | 广东众森实业发展有限公司 | 环氧树脂组合物及其制备方法 |
CN111087754A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 缠绕用高模量高韧性树脂基体及其制备方法和应用 |
CN112442256A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-03-05 | 南京大学 | 一种环氧树脂基高分子材料及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-11-20 CN CN202111409604.8A patent/CN114031896B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018181849A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 新日鉄住金化学株式会社 | 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料及び成形体 |
CN110511536A (zh) * | 2018-05-22 | 2019-11-29 | 广东众森实业发展有限公司 | 环氧树脂组合物及其制备方法 |
CN111087754A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 缠绕用高模量高韧性树脂基体及其制备方法和应用 |
CN112442256A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-03-05 | 南京大学 | 一种环氧树脂基高分子材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114031896A (zh) | 2022-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114031896B (zh) | 一种碳纤维缠绕用环氧树脂组合物及其制备方法 | |
KR101905938B1 (ko) | 경화성 에폭시 수지 조성물 및 이로부터 제조된 복합체 | |
WO2012174989A1 (en) | Epoxy resin compositions | |
TW201841970A (zh) | 纖維強化複合材料用環氧樹脂組成物、纖維強化複合材料及成形體 | |
JP6995779B2 (ja) | 硬化性エポキシ樹脂組成物、及びそれを用いた繊維強化複合材料 | |
JPH11302507A (ja) | 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料用中間基材および繊維強化複合材料 | |
CN111434704A (zh) | 用于环氧配制剂的单烷基化二胺:用于环氧体系的新固化剂 | |
WO2024037194A1 (zh) | 具有两相海岛结构的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法 | |
CN112105671A (zh) | 用于环氧配制剂的脂环族胺:用于环氧体系的新固化剂 | |
WO2019167579A1 (ja) | 熱硬化性樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 | |
CN113956612A (zh) | 一种风电叶片用手糊环氧树脂复合材料 | |
CN116694030A (zh) | 一种超轻质高强复合材料及其制备方法和应用 | |
WO2022118827A1 (ja) | 引抜繊維強化成形品 | |
CN113150500B (zh) | 一种缠绕成型的纤维增强环氧类玻璃高分子复合材料 | |
CN113897032B (zh) | 一种用于纤维缠绕的环氧树脂复合材料及其制备方法 | |
JP7139572B2 (ja) | エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料、成形品および圧力容器 | |
CN113480832A (zh) | 一种tg为170-180℃真空导入环氧树脂基复合材料及其制备方法 | |
WO2023174891A1 (en) | Epoxy resin adhesive | |
CN113004655A (zh) | 一种玻璃纤维增强热固性树脂预浸料的制备方法 | |
WO2020019546A1 (zh) | 拉挤成型用环氧树脂体系及其制备的复合材料 | |
CN109694546A (zh) | 一种环氧树脂基复合材料及其制备方法 | |
EP3794053B1 (en) | Improved curative composition | |
CN112708384A (zh) | 一种柔性增韧组合物、增韧型环氧树脂胶黏剂及其制备方法 | |
KR102004913B1 (ko) | 수중 환경에서 경화성 및 내수성이 우수한 섬유 함침용 에폭시 수지 조성물 | |
CN117865510B (zh) | 一种风电叶片用玻纤增强材料及其制备方法 |
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 | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231211 Address after: 042699 Fushan Shuangxin Industrial Park, Tiantan Town, Fushan County, Linfen City, Shanxi Province Applicant after: Shanxi Yude New Materials Technology Co.,Ltd. Address before: 518107 1605, building 4, South Taiyun chuanggu, Tangwei community, Fenghuang street, Guangming District, Shenzhen, Guangdong Applicant before: Guangdong Huacai composite material Co.,Ltd. |
|
TA01 | Transfer of patent application right | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |