CN115418079A - 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用 - Google Patents

一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115418079A
CN115418079A CN202211216398.3A CN202211216398A CN115418079A CN 115418079 A CN115418079 A CN 115418079A CN 202211216398 A CN202211216398 A CN 202211216398A CN 115418079 A CN115418079 A CN 115418079A
Authority
CN
China
Prior art keywords
epoxy resin
resin system
parts
tough
toughening agent
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.)
Pending
Application number
CN202211216398.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张寿春
张丽丽
经德齐
张兴华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Original Assignee
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS filed Critical Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Publication of CN115418079A publication Critical patent/CN115418079A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • 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
    • C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • 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
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • 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
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/043—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with glass fibres
    • 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
    • C08J2479/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2461/00 - C08J2477/00
    • C08J2479/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08J2479/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • 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
    • 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
    • C08K7/10—Silicon-containing compounds
    • 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
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

本发明公开了一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用，该韧性环氧树脂体系，由下述重量分数的原料组成：多官能团环氧树脂100份、增韧剂3～20份、固化剂25～40份，所述增韧剂为嵌段型聚酰亚胺共聚物；制备方法为：将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混合均匀，脱泡，得到韧性环氧树脂体系；所述韧性环氧树脂体系应用于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等纤维增强复合材料和纳米复合材料的基体；所述韧性环氧树脂体系相比未增韧体系，断裂韧性提高了20‑65％；所述韧性环氧树脂体系在制备过程中不需要使用任何溶剂，对环境友好。

Description

一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环氧树脂技术领域，具体涉及一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用。
背景技术
多官能团环氧树脂是一种常用的耐高温热固性树脂，具有良好的耐腐蚀性和力学性能，广泛应用于机电器件、交通运输、航空航天、运动器材、压力容器、结构加固等多个领域。由于固化产物交联密度高，不可避免的存在韧性差的缺点，如何能够在牺牲少量甚至不牺牲耐热性的同时提高树脂的韧性，一直是耐高温环氧树脂领域的重要难题。目前的解决方案有添加橡胶颗粒、热塑性树脂等增加柔性的方法，这种方法对普通环氧树脂来说是有效的，但对于多官能团型耐高温环氧树脂，除了降低树脂的耐热性，对弯曲强度冲击强度等机械性能的提高也是有限的。
对于耐热性较好的热塑性树脂改性环氧树脂，由于热塑性增韧剂与树脂之间相容性差，在加工时需要加入有机溶剂使热塑性增韧剂更好的分散于环氧树脂中，因而存在对环境不友好的问题。
针对以上问题，本发明公开了一种韧性环氧树脂体系及其制备方法。所述韧性环氧树脂体系的制备原料包括：多官能团环氧树脂、增韧剂以及固化剂。所述韧性环氧树脂体系中的增韧剂是一种嵌段型聚酰亚胺共聚物，由含酚羟基的结构链段和不含酚羟基的结构链段组成，其中含酚羟基的结构链段能参与环氧树脂的固化反应，通过化学键将增韧剂引入到交联网络中，提高增韧剂与环氧树脂的相容性与界面结合力；另外，它的主链中含有苯环、酰亚胺结构等刚性基团，具有良好的耐热性和机械性能。所述韧性环氧树脂体系制备过程中不需要使用任何溶剂，对环境友好。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用，解决耐高温环氧树脂韧性差的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种韧性环氧树脂体系，由下述重量分数的原料组成：多官能团环氧树脂100份、增韧剂3～20份、固化剂25～40份，所述增韧剂为嵌段型聚酰亚胺聚合物。
进一步地，所述多官能团环氧树脂为四缩水甘油基二氨基二亚甲基苯(TGDDM)、四缩水甘油基二甲苯二胺(TGXDA)、三苯基缩水甘油醚基甲烷(TPGEM)中的一种或几种。
再进一步地，所述嵌段型聚酰亚胺聚合物由含酚羟基的结构链段和不含酚羟基的结构链段组成，其分子结构如下所示：
Bb-(A-B)m-Aa (P1)
式(P1)中，m为自然数，当m>0时，a＝0或1，b＝0或1；当m＝0时，a＝b＝1；
其中，链段A具有以下式(Ⅰ)所示的重复单元
Figure BDA0003876310230000021
式(Ⅰ)中，X包括
Figure BDA0003876310230000022
Figure BDA0003876310230000023
R表示O、S、
Figure BDA0003876310230000024
n1为5～300中的任一整数；从材料综合性能考虑，n1进一步优选10～50的整数；
式(P1)中，链段B具有以下式(Ⅱ)所示的重复单元：
Figure BDA0003876310230000025
式(Ⅱ)中，R2为O、S、
Figure BDA0003876310230000026
R为O、S、
Figure BDA0003876310230000027
n2为5～300中的任一整数；从材料综合性能考虑，n2进一步优选20～100的整数。
更进一步地，所述固化剂为芳香胺3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺/3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺混合物、二氨基二苯基甲烷(DDM)或二氨基二苯基砜(DDS)。
所述嵌段型聚酰亚胺聚合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1在完全干燥的反应容器中加入含酚羟基的二胺与N-甲基吡咯烷酮，通入惰性气体，搅拌至完全溶解，然后按照含酚羟基的二胺与二酐摩尔比为1:1.02～1.05的比例加入二酐；在氮气保护下，于-5℃～20度环境中搅拌反应2～6小时，得到含酚羟基的聚酰胺酸溶液。其中含酚羟基的二胺单体包括3,3'-二羟基联苯胺(HAB)、3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜(BAS)、3,3’-二羟基-4,4’-二氨基二苯甲烷(3H4ADPM)、3,3’-二氨基-4,4’-二羟基二苯硫醚(3A4HDPES)和3,3’-二氨基-4,4’-二羟基二苯醚(3A4HDPE)中的一种或几种。
步骤2在另一个反应容器中加入不含酚羟基的二胺与N-甲基吡咯烷酮，通入惰性气体，搅拌至完全溶解，然后按按照不含酚羟基的二胺与二酐摩尔比为1.02～1.05:1的比例加入二酐；在氮气保护下，于-5℃～20度环境中搅拌反应2～6小时，得到不含酚羟基的聚酰胺酸溶液。其中不含酚羟基的二胺单体包括4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、3,4’-二氨基二苯醚(34ODA)、4,4’-二氨基二苯硫醚(DADPES)、4,4’-二氨基二苯砜(DADPS)和4,4’-二氨基二苯甲酮(DABP)中的一种或几种。
所述步骤1-2中的二酐单体包括2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)、4,4'-联苯醚二酐(ODPA)、3,3’,4,4’-四甲酸二苯甲酮二酐(BTDA)、3,3’,4,4’-四甲酸二苯硫醚二酐(SDPA)、2,2’-双(3,4-二羧基苯基)六氟甲烷二酐(6FDA)中的一种或几种。
步骤3将步骤1与步骤2中得到的两种聚酰胺酸溶液混合，继续搅拌2～6小时；然后通过化学亚胺化或热亚胺化将聚酰胺酸转化成为聚酰亚胺，继续反应8～20小时，最后分离纯化，具体是将反应所得的混合溶液倒入无水乙醇中，沉淀得到黄色的丝状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物反复洗涤数次，除去未反应的反应单体和溶剂，置于真空烘箱中，在60℃下干燥12～20小时至恒重，粉碎所得白色粉末即为得到所述的嵌段型聚酰亚胺聚合物。
所述化学亚胺化是指在混合液中加入化学亚胺化试剂，所述化学亚胺化试剂为乙酸酐/吡啶混合液或醋酐/三乙胺混合液；所述热亚胺化是指先将聚酰胺酸在乙醇中沉淀出来，将聚酰胺酸粉末置于烘箱中进行热亚胺化，得到聚酰亚胺产物，所述热亚胺化温度为250℃/2h，300℃/2h。
一种韧性环氧树脂体系的制备方法，将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混合均匀，脱泡，得到韧性环氧树脂体系。
进一步地，所述的将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混匀；其中加入的多官能团环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量份数为：多官能团环氧树脂100份、增韧剂3～20份、固化剂25～40份。
再进一步地，所述多官能团环氧树脂为四缩水甘油基二氨基二亚甲基苯(TGDDM)、四缩水甘油基二甲苯二胺(TGXDA)、三苯基缩水甘油醚基甲烷(TPGEM)中的一种或几种；所述固化剂为芳香胺3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺/3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺混合物、二氨基二苯基甲烷(DDM)或二氨基二苯基砜(DDS)；所述增韧剂为由含酚羟基的结构链段和不含酚羟基的结构链段组成的嵌段型聚酰亚胺聚合物；所述嵌段型聚酰亚胺聚合物分子结构如下所示：
Bb-(A-B)m-Aa (P1)
式(P1)中，m为自然数，当m>0时，a＝0或1，b＝0或1；当m＝0时，a＝b＝1；
其中，链段A具有以下式(Ⅰ)所示的重复单元：
Figure BDA0003876310230000041
式(Ⅰ)中，X包括
Figure BDA0003876310230000042
Figure BDA0003876310230000043
R表示O、S、
Figure BDA0003876310230000044
n1为5～300中的任一整数；
式(P1)中，链段B具有以下式(Ⅱ)所示的重复单元：
Figure BDA0003876310230000045
式(Ⅱ)中，R2为O、S、
Figure BDA0003876310230000046
R为O、S、
Figure BDA0003876310230000047
n2为5～300中的任一整数。
所述嵌段型聚酰亚胺聚合物是按照上述制备方法制备而成。
更进一步地，所述的将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混合均匀，脱泡，得到韧性环氧树脂体系；其中将多官能团环氧树脂加热，是指加热至粘度明显降低；降温后按比例加入固化剂混合均匀，具体是降温至100～130℃。
一种韧性环氧树脂体系的应用，所述韧性环氧树脂体系应用于碳纤维的纤维增强复合材料基体、纳米复合材料基体。
进一步地，所述韧性环氧树脂体系应用于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的纤维增强复合材料基体、纳米复合材料基体；具体为：
将所述韧性环氧树脂体系与碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的纤维增强材料或纳米材料复合后，按照以下两个步骤制成产品：
a)固化温度为140-160℃，固化时间为0.5-3h；
b)固化温度为170-190℃，固化时间为0.5-3h。
所述嵌段型聚酰亚胺共聚物的增韧剂在上述固化而成的产品基体中形成核壳结构，外壳通过醚键与环氧基体进行连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)所述韧性环氧树脂体系相比未增韧体系，断裂韧性提高了20-65％。
(2)所述韧性环氧树脂体系中，增韧剂是一种嵌段型聚酰亚胺聚合物，由含酚羟基的结构链段和不含酚羟基的结构链段组成，其中含酚羟基的结构链段能参与环氧树脂的固化反应，通过化学键将增韧剂引入到交联网络中，提高增韧剂与环氧树脂的相容性与界面结合力；另一方面，其主链中含有苯环、酰亚胺结构等刚性基团，能够保持环氧树脂良好的机械性能和耐热性。
(3)所述韧性环氧树脂体系制备过程中不需要使用任何溶剂，对环境友好。
附图说明
图1为未改性环氧树脂浇注样品断裂韧性测试后断面的SEM照片。
图2为本发明的韧性环氧树脂浇注样品断裂韧性测试后断面的SEM照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下述实施案例中涉及的结构与性能测试按照如下方法进行：
(1)断裂韧性：根据ASTM5045试验标准，采用XPV-25C型光学显微镜及WDW-20E型微机电子控制万能材料试验机测试。
(2)冲击强度：根据标准GB/T1843试验标准，采用XJUY-5.5型悬臂梁冲击试验机测试。
(3)弯曲强度：根据标准GB/T2567，采用WDW-20E型微机电子控制万能材料试验机测试。
(4)断面形貌：采用JSM-7001型扫描电子显微镜观察。
实施案例1
韧性环氧树脂的制备：将100份四官能团环氧树脂TGDDM置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至150℃，加入3份上述增韧剂，搅拌直至完全溶解，降低温度至120℃，加入30份固化剂3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺/3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺混合物(DETDA)，搅拌至混合均匀，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，得到韧性环氧树脂体系；之后在150℃固化0.5小时、180℃固化3小时，冷却后脱模即得到增韧剂含量为2.3％的环氧树脂浇注样品。
实施案例2
韧性环氧树脂体系的制备：将100份四官能团环氧树脂TGDDM置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至140℃，加入6.6份增韧剂，搅拌至均相，降低温度至110℃，加入固化剂二乙基甲苯二胺DETDA25份，搅拌至混合均匀，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，得到韧性环氧树脂体系；之后在150℃固化1小时、180℃固化2小时，冷却后脱模即得到增韧剂含量为4.7％的韧性环氧树脂浇注样品。
实施案例3
韧性环氧树脂的制备：将100份四官能团环氧树脂TGDDM置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至150℃，加入13.4份上述增韧剂，搅拌至均相，降低温度至120℃，加入固化剂二氨基二苯基甲烷(DDM)35份，搅拌至混合均匀，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，得到韧性环氧树脂体系；之后在150℃固化2小时、180℃固化2小时，冷却后脱模即得到增韧剂含量为9.1％的环氧树脂浇注样品。
实施案例4
韧性环氧树脂的制备：将100份四官能团环氧树脂TGDDM置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至150℃，加入15份上述增韧剂，搅拌至均相，降低温度至130℃，加入固化剂二氨基二苯基砜(DDS)35份，搅拌至混合均匀，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，得到韧性环氧树脂体系；之后在150℃固化3小时、180℃固化0.5小时，冷却后脱模即得到增韧剂含量为10％的环氧树脂浇注样品。
实施案例5
韧性环氧树脂的制备：将100份四官能团环氧树脂TGXDA置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至130℃，加入6.7份上述增韧剂，搅拌至均相，降低温度至100℃，加入芳香胺固化剂DETDA3份，搅拌至混合均匀，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，得到韧性环氧树脂体系；之后在140℃固化2小时、170℃固化2小时，冷却后脱模即得到增韧剂含量为4.7％的环氧树脂浇注样品。
实施案例6
韧性环氧树脂的制备：将100份三官能团环氧树脂TPGEM置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至130℃，加入20份上述增韧剂，搅拌至均相，降低温度至100℃，加入芳香胺固化剂DETDA40份，搅拌至混合均匀，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，得到韧性环氧树脂体系；之后在160℃固化2小时、190℃固化2小时，冷却后脱模即得到增韧剂含量为12.5％的环氧树脂浇注样品。
上述实施例1-6中的多官能团环氧树脂还可以为四缩水甘油基二氨基二亚甲基苯(TGDDM)、四缩水甘油基二甲苯二胺(TGXDA)、三苯基缩水甘油醚基甲烷(TPGEM)中任意几种的混合物；固化剂还可以为芳香胺3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺/3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺混合物、二氨基二苯基甲烷或二氨基二苯基砜中任意几种的混合物。
对比实施案例
将100份四官能团环氧树脂TGDDM置于一个带有搅拌器的反应器中，加热至120℃，加入固化剂二乙基甲苯二胺DETDA 35份，搅拌至均相，然后将混合物倒入预热好的特定模具中，抽真空30分钟脱除气泡，在150℃固化2小时、180℃固化2小时，冷却后脱模即得到环氧树脂浇注样品，作为空白试样。
将实施案例1～4制备的增韧改性环氧树脂与对比实施案例制备的未增韧环氧树脂进行对比测试，测试结果见表1。
表1不同增韧剂含量的韧性环氧树脂体系的性能对比
Figure BDA0003876310230000071
Figure BDA0003876310230000081
由表1所示的实验结果可知，添加不同含量增韧剂的环氧树脂体系的韧性得到明显改善，断裂韧性较纯树脂提升了20-65％，冲击强度提高了100-218％，弯曲强度也有明显提高。当体系中增韧剂含量为5％时，改性环氧树脂的断裂韧性和冲击强度达到较高值，同时保持了良好的弯曲强度。
由图1可知，纯环氧树脂浇注样品的断面平整光滑，呈脆性断裂，由图2可知，增韧剂在环氧树脂基体中呈现微相分离，且均匀分散，断面比较粗糙且裂纹较多，在应力作用下能够有效阻止裂纹扩展，而且分离出来的增韧剂相通过塑性形变吸收断裂能，提高材料断裂韧性。
上述实施例中涉及的增韧剂为嵌段型聚酰亚胺聚合物，下面通过几个实施例以使本技术领域的人员进一步理解嵌段型聚酰亚胺聚合物的制备方法。
实施例1
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂的制备：将3份的3,3'-二羟基联苯胺(HAB)溶解于一定量N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入5份的2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)，搅拌至完全溶解，在-5℃恒温反应2小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将36份的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解于一定量N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于-5℃恒温反应2小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌2小时，然后加入90份乙酸酐和28份吡啶的混合溶液，继续反应8小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥12小时至恒重，粉碎处理，所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为20，n2为100。
实施例2
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将2.8份的3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜(BAS)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入5.7份的2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)，搅拌至完全溶解，在5℃恒温反应3小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将40份的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于5℃恒温反应2小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌3小时，然后加入90份乙酸酐和28份吡啶的混合溶液，继续反应10小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥14小时至恒重，粉碎处理所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为10，n2为100。
实施例3
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将2.9份的3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜(BAS)溶解于一定量N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入5.5份的2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)，搅拌至完全溶解，在5℃恒温反应4小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将42份的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解于一定量N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于5℃恒温反应4小时，然后将上述两种溶液混合，相同条件下继续搅拌2小时，得到聚酰胺酸溶液。将混合液倒入去离子水中，得到絮状沉淀，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥12小时至恒重，然后进行按照250℃/2h+300℃/2h升温程序进行热亚胺化，得到聚酰亚胺絮状物，粉碎处理所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为5，n2为100。
实施例4
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将16份的3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜(BAS)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入19份的4,4'-联苯醚二酐(ODPA)，搅拌至完全溶解，在20℃恒温反应2小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将67份的3,4’-二氨基二苯醚(34ODA)溶解于一定量N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的4,4'-联苯醚二酐(ODPA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于20℃恒温反应2小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌2小时，然后加入90份乙酸酐和28份三乙胺的混合溶液，继续反应8小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥12小时至恒重，粉碎处理所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为10，n2为90。
实施例5
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将6.1份的3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜(BAS)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入7.1份的4,4'-联苯醚二酐(ODPA)，搅拌至完全溶解，在0℃恒温反应4小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将76份的4,4’-二氨基二苯砜(DADPS)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的4,4'-联苯醚二酐(ODPA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于0℃恒温反应4小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌4小时，然后加入90份乙酸酐和28份吡啶的混合溶液，继续反应12小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥20小时至恒重，粉碎处理所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为20，n2为80。
实施例6
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将4.4份的3,3’-二羟基-4,4’-二氨基二苯甲烷(3H4ADPM)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入5.4份的3,3’,4,4’-四甲酸二苯甲酮二酐(BTDA)，搅拌至完全溶解，在3℃恒温反应3小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将70份的4,4’-二氨基二苯硫醚(DADPES)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的3,3’,4,4’-四甲酸二苯甲酮二酐(BTDA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于3℃恒温反应3小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌3小时，然后加入90份乙酸酐和28份吡啶的混合溶液，继续反应20小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥18小时至恒重，粉碎处理所得产物即为目标产物，其分子结构中，n1为10，n2为80。
实施例7
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将4.2份的3,3’-二氨基-4,4’-二羟基二苯硫醚(3A4HDPES)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入5.7份的3,3’,4,4’-四甲酸二苯硫醚二酐(SDPA)，搅拌至完全溶解，在5℃恒温反应3小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将69份的4,4’-二氨基二苯硫醚(DADPES)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的3,3’,4,4’-四甲酸二苯硫醚二酐(SDPA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于5℃恒温反应2小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌3小时，然后加入90份乙酸酐和28份吡啶的混合溶液，继续反应10小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥15小时至恒重，粉碎处理所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为10，n2为80。
实施例8
聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂(CPEI增韧剂)的制备：将2.8份的3,3’-二氨基-4,4’-二羟基二苯醚(3A4HDPE)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入5.7份的2,2’-双(3,4-二羧基苯基)六氟甲烷二酐(6FDA)，搅拌至完全溶解，在5℃恒温反应3小时，全程处于氮气保护下，与此同时，将49份的4,4’-二氨基二苯甲酮(DABP)溶解于一定量的N-甲基吡咯烷酮中，然后分批次加入100份的2,2’-双(3,4-二羧基苯基)六氟甲烷二酐(6FDA)，搅拌至完全溶解，同样在氮气保护下于5℃恒温反应2小时，然后将上述两种溶液混合，继续搅拌6小时，然后加入90份乙酸酐和28份吡啶的混合溶液，继续反应10小时。将混合液倒入大量的无水乙醇中，抽滤得到淡黄色的絮状沉淀物，再用无水乙醇将沉淀物洗涤数次，置于真空烘箱中，在60℃条件下干燥12小时至恒重，粉碎处理所得产物即为目标产物聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂，其分子结构中，n1为10，n2为80。
上述实施例中的含酚羟基的二胺单体还可以3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜、3,3’-二羟基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二氨基-4,4’-二羟基二苯硫醚和3,3’-二氨基-4,4’-二羟基二苯醚中的任意几种混合；不含酚羟基的二胺单体还可以为4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯硫醚、4,4’-二氨基二苯砜和4,4’-二氨基二苯甲酮中的几种任意混合；二酐单体还可以为2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐、4,4'-联苯醚二酐、3,3’,4,4’-四甲酸二苯甲酮二酐、3,3’,4,4’-四甲酸二苯硫醚二酐、2,2’-双(3,4-二羧基苯基)六氟甲烷二酐中的任意几种混合。
本发明提供的上述技术方案，在有效提高耐高温环氧树脂韧性的同时，也提高了材料的机械性能；制备过程中不需要使用任何溶剂，对环境友好。

Claims (10)

1.一种韧性环氧树脂体系，其特征在于：所述韧性环氧树脂体系由下述重量分数的原料组成：多官能团环氧树脂100份、增韧剂3～20份、固化剂25～40份，所述增韧剂为嵌段型聚酰亚胺聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种韧性环氧树脂体系，其特征在于：所述多官能团环氧树脂为四缩水甘油基二氨基二亚甲基苯(TGDDM)、四缩水甘油基二甲苯二胺(TGXDA)、三苯基缩水甘油醚基甲烷(TPGEM)中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种韧性环氧树脂体系，其特征在于：所述嵌段型聚酰亚胺聚合物由含酚羟基的结构链段和不含酚羟基的结构链段组成，其分子结构如下所示：
Bb-(A-B)m-Aa (P1)
式(P1)中，m为自然数，当m>0时，a＝0或1，b＝0或1；当m＝0时，a＝b＝1；其中，链段A具有以下式(Ⅰ)所示的重复单元：
Figure FDA0003876310220000011
式(Ⅰ)中，X包括
Figure FDA0003876310220000012
Figure FDA0003876310220000013
R表示O、S、
Figure FDA0003876310220000014
n1为5～300中的任一整数；
式(P1)中，链段B具有以下式(Ⅱ)所示的重复单元：
Figure FDA0003876310220000015
式(Ⅱ)中，R2为O、S、
Figure FDA0003876310220000021
R为O、S、
Figure FDA0003876310220000022
n2为5～300中的任一整数。
4.根据权利要求1所述的一种韧性环氧树脂体系，其特征在于：所述固化剂为芳香胺3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺/3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺混合物、二氨基二苯基甲烷(DDM)或二氨基二苯基砜(DDS)。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的韧性环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：所述制备方法为将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混合均匀，脱泡，得到韧性环氧树脂体系。
6.根据权利要求5所述的一种韧性环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：所述的将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混匀；其中加入的多官能团环氧树脂、增韧剂和固化剂的重量份数为：多官能团环氧树脂100份、增韧剂3～20份、固化剂25～40份。
7.根据权利要求5所述的一种韧性环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：所述多官能团环氧树脂为四缩水甘油基二氨基二亚甲基苯、四缩水甘油基二甲苯二胺、三苯基缩水甘油醚基甲烷中的一种或几种；所述固化剂为芳香胺3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺/3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺混合物、二氨基二苯基甲烷或二氨基二苯基砜；所述增韧剂为由含酚羟基的结构链段和不含酚羟基的结构链段组成的嵌段型聚酰亚胺聚合物；所述嵌段型聚酰亚胺聚合物分子结构如下所示：
Bb-(A-B)m-Aa (P1)
式(P1)中，m为自然数，当m>0时，a＝0或1，b＝0或1；当m＝0时，a＝b＝1；
其中，链段A具有以下式(Ⅰ)所示的重复单元：
Figure FDA0003876310220000023
式(Ⅰ)中，X包括
Figure FDA0003876310220000024
Figure FDA0003876310220000031
R表示O、S、
Figure FDA0003876310220000032
n1为5～300中的任一整数；
式(P1)中，链段B具有以下式(Ⅱ)所示的重复单元：
Figure FDA0003876310220000033
式(Ⅱ)中，R2为O、S、
Figure FDA0003876310220000034
R为O、S、
Figure FDA0003876310220000035
n2为5～300中的任一整数。
8.根据权利要求5所述的一种韧性环氧树脂体系的制备方法，其特征在于：所述的将多官能团环氧树脂加热，再按比例加入增韧剂混合均匀，降温后按比例加入固化剂混合均匀，脱泡，得到韧性环氧树脂体系；其中将多官能团环氧树脂加热，具体是加热至粘度明显降低；降温后按比例加入固化剂混合均匀，具体是降温至100～130℃。
9.一种如权利要求1-4任一项所述的韧性环氧树脂体系的应用，其特征在于：所述韧性环氧树脂体系应用于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的纤维增强复合材料基体、纳米复合材料基体。
10.根据权利要求9所述的一种韧性环氧树脂体系的应用，其特征在于：所述韧性环氧树脂体系应用于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的纤维增强复合材料基体、纳米复合材料基体；具体为：
将所述韧性环氧树脂体系与碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的纤维增强材料或纳米材料复合后，按照以下两个步骤制成产品：
a)固化温度为140-160℃，固化时间为0.5～3h；
b)固化温度为170-190℃，固化时间为0.5～3h。
CN202211216398.3A 2021-11-09 2022-09-30 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用 Pending CN115418079A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2021113224176 2021-11-09
CN202111322417.6A CN113999490A (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115418079A true CN115418079A (zh) 2022-12-02

Family

ID=79928438

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111322417.6A Pending CN113999490A (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用
CN202211216398.3A Pending CN115418079A (zh) 2021-11-09 2022-09-30 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111322417.6A Pending CN113999490A (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN113999490A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116144139B (zh) * 2023-01-03 2024-04-16 哈尔滨工程大学 一种用于船舶复合材料的树脂及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5516876A (en) * 1983-09-27 1996-05-14 The Boeing Company Polyimide oligomers and blends
US20020022310A1 (en) * 2000-07-07 2002-02-21 Haksoo Han Epoxy-polyimide composites suitable as encapsulants
CN101565504A (zh) * 2009-06-03 2009-10-28 东华大学 环氧树脂用耐高温活性增韧剂粉末及其制备方法
CN104277418A (zh) * 2013-07-09 2015-01-14 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 一种碳纤维增强韧性环氧树脂复合材料及其制备方法
CN106432743A (zh) * 2016-09-26 2017-02-22 吉林大学 一种用于增韧树脂的嵌段共聚物及其制备方法
CN113861421A (zh) * 2021-11-09 2021-12-31 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5516876A (en) * 1983-09-27 1996-05-14 The Boeing Company Polyimide oligomers and blends
US20020022310A1 (en) * 2000-07-07 2002-02-21 Haksoo Han Epoxy-polyimide composites suitable as encapsulants
CN101565504A (zh) * 2009-06-03 2009-10-28 东华大学 环氧树脂用耐高温活性增韧剂粉末及其制备方法
CN104277418A (zh) * 2013-07-09 2015-01-14 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 一种碳纤维增强韧性环氧树脂复合材料及其制备方法
CN106432743A (zh) * 2016-09-26 2017-02-22 吉林大学 一种用于增韧树脂的嵌段共聚物及其制备方法
CN113861421A (zh) * 2021-11-09 2021-12-31 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113999490A (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113861421B (zh) 一种聚酰亚胺型环氧树脂增韧剂及其制备方法
NO339648B1 (no) Fremgangsmåte for bruk av citrakonsyreanhydrid som et addisjonsherdingsendedekke i reaksjoner for å danne polyaminsyreoligomerer og polyimidoligomerer, polyimidoligomer for bruk i nevnte fremgangsmåte og oppløsning inneholdende polyimidoligomer, samt høy temperatur, lavt tomvolum, fiberarmerte kompositter.
JPH02305860A (ja) プリプレグ
CN115418079A (zh) 一种韧性环氧树脂体系及其制备方法和应用
US6476177B2 (en) Melt-processible, thermoplastic random copolyimides having recoverable crystallinity and associated processes
CN113061416A (zh) 一种高强高韧环氧粘结剂及其制备方法
CN111440336B (zh) 表面改性的聚酰亚胺微粒及其制备方法与应用
CN111704719B (zh) 一种热固性聚酰亚胺树脂、预聚物、制备方法与应用
CN113308089A (zh) 一种高白度、韧性环氧树脂复合材料的制备方法
CN101353432B (zh) 聚酰亚胺玻纤复合材料的制备方法
CN115449211A (zh) 一种柔性耐腐蚀ppo树脂基覆铜板及其制备方法
CN113045776B (zh) 一种可用于3d打印的高耐热聚酰亚胺粉末及其制备方法
CN113861624A (zh) 一种环氧树脂复合材料的制备方法
JPS63309524A (ja) 芳香族ポリチオエーテルイミドの製造方法
CN113354814B (zh) 一种改性氰酸酯树脂及其制备方法
CN115322522A (zh) 一种聚硫醚酰亚胺改性的环氧树脂及其制备方法
CN112759931B (zh) 一种线性含氟pbo前驱体改性pbo纤维/氰酸酯透波复合材料及其制备方法
JPH0481421A (ja) エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、その硬化物および複合材料
US5606013A (en) Polyamic acids and polyimides
CN109851970B (zh) 一种高韧性的双马来酰亚胺树脂材料及制备方法
CN117624892A (zh) 一种高稳定增韧预浸料及其制备方法
CN115028780B (zh) 低介电poss改性氰酸酯树脂杂化材料的制备方法
KR102291278B1 (ko) 폴리이미드 기반의 유무기 하이브리드 복합소재 제조
CN113354816A (zh) 一种合成聚酰胺酸溶液的方法及其制备的薄膜
CN117164854A (zh) 一种交联型聚酰亚胺及其制备方法

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