CN115636966A - 一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法 - Google Patents
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115636966A CN115636966A CN202211296247.3A CN202211296247A CN115636966A CN 115636966 A CN115636966 A CN 115636966A CN 202211296247 A CN202211296247 A CN 202211296247A CN 115636966 A CN115636966 A CN 115636966A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- curing
- mixture
- infrared
- prepreg
- 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
Links
Images
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及制备方法，属于复合材料技术领域。所述预浸料包括树脂混合物和纤维增强材料；所述树脂混合物组成为：各原料以重量份数计；甲基丙烯酸酯类低聚物20～40份，活性稀释剂25～45份，环氧树脂30～50份，光引发剂0.5～3份，固化剂3～5份，上转换材料0.5～3份，增稠剂0.5～3份。本发明利用上转换材料发生上转换过程后产生紫外‑可见光，引发光聚合反应，形成光诱导网络结构，而产生的热量引发体系内的热固化，形成热诱导网络结构，两者单独交联并相互渗透形成互穿聚合物网络复合材料，提升材料性能。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法。
背景技术
纤维复合材料预浸料是指在严格控制的条件下，将树脂基体浸渍连续纤维或织物，制成可以储存的树脂基体与增强体的混合物。其固化方式有多种，其中热固化是预浸料传统的固化方式，基体树脂多数是环氧树脂、不饱和聚酯等热固性树脂，在固化时需要高温加热，能耗大，且固化时间较长，生产效率低。此外，树脂体系中通常会添加一些有机溶剂，如苯乙烯，在施工过程中会挥发出来，对人体健康和环境造成危害。
与传统的热固化相比，紫外光固化技术具有许多突出优点，如固化速率快，最快可在几秒时间内固化，提高了生产效率；环境污染少，光固化所用稀释剂多为活性单体，参与固化反应，且固含量高，减少了因溶剂挥发造成的环境污染；费用低，不需要加热装置和长时间固化，能耗低。但由于紫外光透过预浸料时光强发生衰减，使得固化深度受到限制，即使加入高活性的光引发剂，一次性单面照射的固化深度也难以超过5mm，且背光面固化程度不够，固化效率不高，固化均匀性不能保证，导致制备的复合材料强度低，性能较差，严重限制了其应用发展。因此在实际的生产应用中，单一的固化方式已经不能满足生产需求，需要进一步改进复合材料光固化技术。
为解决阴影部分固化不完全不充分的问题，有研究者通过在紫外光固化体系中通过光-热协同固化方式来解决单一固化所存在的问题，但由于紫外光难以通过增大辐照强度的方法来提高固化深度，且自身的辐照热有限，限制了其在复合材料预浸料固化中的应用。因此，提供一种大厚度复合材料预浸料的深层固化及制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法。本发明通过近红外光热协同固化可以提升固化深度，提升纤维复合材料的交联度和力学性能，满足现代各种工况的使用要求。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一个目的是提供一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，所述预浸料包括树脂混合物和纤维增强材料组成。
所述树脂混合物组成为：各原料以重量份数计；
在本发明的一个实施例中，所述的甲基丙烯酸酯类低聚物为聚氨酯甲基丙烯酸酯、环氧类甲基丙烯酸酯、聚酯类甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述的活性稀释剂为邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、邻苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述固化剂为双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂中的一种或两种的混合物。
在本发明的一个实施例中，所述光引发剂为双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮、樟脑醌、[二乙基-(4-甲氧基苯甲酰基)锗基]-(4-甲氧基苯基)甲酮的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述上转换材料包括NaYF4、BaYF5、NaGdF4、LiYF4、NaYbF4中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述增稠剂为活性氧化镁、气相二氧化硅中的一种或两种的混合物。
在本发明的一个实施例中，所述纤维增强材料为玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
本发明的第二个目的是提供一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)将20～40份甲基丙烯酸酯类低聚物、25～45份活性稀释剂、30～50份环氧树脂、0.5～3份上转换材料、0.5～3份增稠剂混合后置于密闭容器中，遮光搅拌1-2h，搅拌结束后，再加入0.5～3份光引发剂和3～5份固化剂，在遮光条件下搅拌1-2h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于20-30℃条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物；树脂混合物25℃粘度为300～1000mPa·s；
(2)将纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度不高于0.2MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的纤维增强材料浸渍，注入时间不超过2h，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料。
将复合材料预浸料置于近红外光源下，一次性单面照射，利用近红外光的光热协同效应完成复合材料预浸料的固化，形成互穿聚合物网络复合材料。
在一种实施方式中，所述近红外光的波长为780～2500nm，优选980nm。
本发明有益的技术效果在于：
本发明中近红外光由于线性吸收和瑞利散射小，因此近红外光具有更强的穿透能力。此外，上转换材料可以用特定波长的近红外激发，发生上转换过程后产生紫外-可见光，利用这一特性可将上转换纳米粒子作为无数的内置紫外-可见光源，并通过更大的光强调节范围，同时利用近红外辐照时非辐射发射产生的热量，有效地解决复合材料预浸料快速和深层固化的问题。
本发明以甲基丙烯酸酯类低聚物、环氧树脂与纤维轴向编制物相复合，体系中既含有光固化基团，又有热固化环氧基团，利用近红外的光热协同效应实现协同固化。利用上转换材料在近红外光辐照下发生上转换过程后产生的紫外-可见光，引发甲基丙烯酸酯类低聚物光固化形成光诱导网络结构，同时利用近红外光辐照产生的热量和光固化交联反应产生的热量引发体系内的环氧树脂热固化，形成热诱导网络结构，解决了大厚度复合材料预浸料的快速、完全固化问题，两种聚合物网络单独交联并相互渗透形成互穿聚合物网络复合材料，提升纤维复合材料的交联度和力学性能，满足现代各种工况的使用要求。
本发明中无挥发性溶剂，有效减少低沸点组分挥发，污染小，保护施工环境，避免危害施工人员健康；本发明制备方法操作简单，采用的原料简单易得，容易扩大生产、进行工业化推广。
本发明充分利用近红外的高穿透性和非辐射光热效应的协同作用，形成互穿聚合物网络复合材料，提高固化深度和固化速度，提升材料性能。解决了大厚度(10mm以上)复合材料预浸料快速固化(10min以内)的技术问题，固化物平整无翘曲、均匀性好、力学性能优良，纤维复合材料硬度、弯曲强度、弯曲模量均很高，且该预浸料可在低温下储存六个月以上。
本发明可以用于市政排水管道的非开挖光固化快速修复，还可用于各种不同厚度尤其是厚壁复合材料结构件的快速成型与生产。
附图说明
图1为本发明中纤维复合材料制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
粘度测试：使用粘度计测定树脂混合物在30rad/s剪切速率下的粘度。
硬度测试：采用巴氏硬度计测试制备的复合材料预浸料固化产物光照面和背光面的平均巴氏硬度，根据GB/T 3854-2017增强塑料巴柯尔硬度试验方法测试。
三点弯曲性能测试：采用万能试验机测试样条的三点弯曲性能，根据GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法测试。
实施例1
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将22份双酚A环氧甲基丙烯酸酯、26份邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯、47份双酚A型环氧树脂、0.5份上转换材料NaYF4、0.5份活性氧化镁依次置于密闭容器中，遮光搅拌1h，搅拌结束后，再加入1份苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦与3份双氰胺潜伏型固化剂二氰二胺，在遮光条件下搅拌0.5h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为750mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)内衬包覆：将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于功率为6W/cm2，波长为980nm的近红外光源下，一次性单面照射3min，利用近红外光的光热协同效应完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为10mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备和近红外光热协同固化。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为52.2HBa，背光面平均巴氏硬度为47.4HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为325.6MPa，弯曲模量为12.5GPa。
实施例2
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将32份双酚A环氧甲基丙烯酸酯、27份三丙二醇二丙烯酸酯、31份双酚F型环氧树脂、1.5份上转换材料NaYbF4、2.5份气相二氧化硅依次置于密闭容器中，遮光搅拌1.5h，搅拌结束后，再加入2份的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦与4份咪唑类潜伏型固化剂2-甲基咪唑，在遮光条件下搅拌1h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为720mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于功率为8W/cm2，波长为980nm的近红外光源下，一次性单面照射3min，利用近红外光的光热协同效应完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为12mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备和近红外光热协同固化。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为51.5HBa，背光面平均巴氏硬度为46.0HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为400.8MPa，弯曲模量为15.4GPa。
实施例3
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将24份双酚A环氧甲基丙烯酸酯、36份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、33份双酚S型环氧树脂、1.5份上转换材料NaYbF4、1份气相二氧化硅依次置于密闭容器中，遮光搅拌1.5h，搅拌结束后，再加入1份双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛与3.5份双氰胺类潜伏型固化剂二氰二胺，在遮光条件下搅拌1h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为780mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于功率为10W/cm2，波长为980nm的近红外光源下，一次性单面照射3min，利用近红外光的光热协同效应完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为15mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备和近红外光热协同固化。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为50.2HBa，背光面平均巴氏硬度为46.5HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为375.4MPa，弯曲模量为12.8GPa。
实施例4
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将31份脂肪族聚氨酯甲基丙烯酸酯、25份邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯、35份双酚F型环氧树脂、2.5份上转换材料NaYF4、1份活性氧化镁依次置于密闭容器中，遮光搅拌1.5h，搅拌结束后，再加入2份樟脑醌与3.5份咪唑类潜伏型固化剂2-甲基咪唑，在遮光条件下搅拌1h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为810mPa·s；
(2)将芳香族聚酰胺纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的芳香族聚酰胺纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的芳香族聚酰胺纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的芳香族聚酰胺纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于功率为8W/cm2，波长为980nm的近红外光源下，一次性单面照射3min，利用近红外光的光热协同效应完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为12mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备和近红外光热协同固化。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为53.5HBa，背光面平均巴氏硬度为48.1HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为350.2MPa，弯曲模量为13.5GPa。
实施例5
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将21份脂肪族聚氨酯甲基丙烯酸酯、39份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、30份双酚S型环氧树脂、2.7份上转换材料LiYF4、1.3份活性氧化镁依次置于密闭容器中，遮光搅拌1.5h，搅拌结束后，再加入2份双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛与4份双氰胺类潜伏型固化剂二氰二胺，在遮光条件下搅拌1h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为780mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于功率为6W/cm2，波长为980nm的近红外光源下，一次性单面照射4min，利用近红外光的光热协同效应完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为12mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备和近红外光热协同固化。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为50.6HBa，背光面平均巴氏硬度为46.5HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为330.5MPa，弯曲模量为11.5GPa。
实施例6
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将37份脂肪族聚氨酯甲基丙烯酸酯、25份三丙二醇二丙烯酸酯、31份双酚F型环氧树脂、0.5份上转换材料NaYF4、1份气相二氧化硅依次置于密闭容器中，遮光搅拌1.5h，搅拌结束后，再加入2.5份苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦与3份咪唑类潜伏型固化剂2-乙基-4-甲基咪唑，在遮光条件下搅拌1h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为700mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于功率为8W/cm2，波长为980nm的近红外光源下，一次性单面照射4min，利用近红外光的光热协同效应完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为15mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备和近红外光热协同固化。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为51.6HBa，背光面平均巴氏硬度为47.3HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为420.6MPa，弯曲模量为16.5GPa。
对比例1
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将22份双酚A环氧甲基丙烯酸酯、26份邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯、47份双酚A型环氧树脂、0.5份上转换材料NaYF4、0.5份活性氧化镁依次置于密闭容器中，遮光搅拌1h，搅拌结束后，再加入1份苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦与3份双氰胺潜伏型固化剂二氰二胺，在遮光条件下搅拌0.5h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物备用；其25℃粘度为750mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于光强为38mW/cm2的紫外光灯下，一次性单面照射3min，完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为4mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为45.7HBa，背光面平均巴氏硬度为30.5HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为245.5MPa，弯曲模量为6.2GPa。
与实施例1比较，通过改变光固化条件，如辐照光强，复合材料预浸料的固化程度降低，导致弯曲性能也下降。
对比例2
一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将32份双酚A环氧甲基丙烯酸酯、27份三丙二醇二丙烯酸酯、31份双酚F型环氧树脂、1.5份上转换材料NaYbF4、2.5份气相二氧化硅依次置于密闭容器中，遮光搅拌1.5h，搅拌结束后，再加入2份苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦与4份咪唑类潜伏型固化剂2-甲基咪唑，在遮光条件下搅拌1h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于室温(25℃)条件下抽真空脱除气泡后得到光固化树脂混合物备用；其25℃粘度为720mPa·s；
(2)将玻璃纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的玻璃纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的玻璃纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度为0.1MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的玻璃纤维增强材料浸渍，注入时间30min，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料；
将复合材料预浸料置于光强为38mW/cm2的紫外光灯下，一次性单面照射3min，完成固化过程。
经过上述步骤，实现了厚度为4mm的纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备。依据GB/T 3854-2017标准测得该复合材料预浸料固化产物光照面的平均巴氏硬度为43.5HBa，背光面平均巴氏硬度为32.8HBa；依据GB/T 1449-2005标准测得预浸料平均弯曲强度为250.5MPa，弯曲模量为7.5GPa。
与实施例2比较，通过改变光固化条件，如辐照光强，复合材料预浸料的固化程度降低，导致弯曲性能也下降。
本发明通过改变原料种类、配比和调节光照强度，可以调整光热固化效率和改变纤维增强树脂基复合材料的固化深度，从而满足不同厚度复合材料制品的固化要求，使复合材料预浸料的固化变得更加方便高效。这种光固化树脂及其复合材料在某些特定领域，如市政排水管道的非开挖修补和各种不同厚度尤其是厚壁复合材料结构件的快速成型生产方面，表现出了巨大的应用前景和市场潜力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述预浸料包括树脂混合物和纤维增强材料；
所述树脂混合物组成为：各原料以重量份数计；
2.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯类低聚物为聚氨酯甲基丙烯酸酯、环氧甲基丙烯酸酯、聚酯甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述活性稀释剂为邻苯基苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、邻苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述固化剂为双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂中的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述光引发剂为双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮、樟脑醌、[二乙基-(4-甲氧基苯甲酰基)锗基]-(4-甲氧基苯基)甲酮的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述上转换材料为NaYF4、BaYF5、NaGdF4、LiYF4、NaYbF4中的一种或多种；所述增稠剂为活性氧化镁、气相二氧化硅中的一种或两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料，其特征在于，所述纤维增强材料为玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
9.一种权利要求1所述近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将20～40份甲基丙烯酸酯类低聚物、25～45份活性稀释剂、30～50份环氧树脂、0.5～3份上转换材料、0.5～3份增稠剂混合后置于密闭容器中，遮光搅拌1-2h，搅拌结束后，再加入0.5～3份光引发剂和3～5份固化剂，在遮光条件下搅拌1-2h，获得均匀混合物，最后将所得混合物于20-30℃条件下抽真空脱除气泡后得到树脂混合物；
(2)将纤维增强材料置于硅烷偶联剂稀溶液中处理30min，在烘箱中干燥得到表面改性的纤维增强材料；
(3)将高透光率薄膜、内衬编织物、表面改性的纤维增强材料、真空导入隔离膜、树脂隔离膜和防紫外线膜，由内向外依次包覆，得内衬干料；
(4)对内衬干料进行抽真空，使其真空度不高于0.2MPa；随后，通过真空灌注工艺向内衬干料层间注入树脂混合物，使表面改性的纤维增强材料浸渍，注入时间不超过2h，注入完成后，即得近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，树脂混合物25℃粘度为300～1000mPa·s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211296247.3A CN115636966A (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211296247.3A CN115636966A (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115636966A true CN115636966A (zh) | 2023-01-24 |
Family
ID=84944678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211296247.3A Pending CN115636966A (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115636966A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0922727A1 (en) * | 1997-12-05 | 1999-06-16 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Photocurable prepreg sheet for waterproofing |
| CN108948279A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-12-07 | 武汉纺织大学 | 一种光-热双固化树脂组合物及预浸布及3d打印方法 |
| CN110343369A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-18 | 合肥工业大学 | 一种用于室温快速固化的预浸料及制备方法 |
| CN110698607A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-17 | 江南大学 | 一种深色体系光聚合组合物 |
| CN113004848A (zh) * | 2021-02-13 | 2021-06-22 | 江南大学 | 一种近红外固化胶黏剂 |
-
2022
- 2022-10-21 CN CN202211296247.3A patent/CN115636966A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0922727A1 (en) * | 1997-12-05 | 1999-06-16 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Photocurable prepreg sheet for waterproofing |
| CN108948279A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-12-07 | 武汉纺织大学 | 一种光-热双固化树脂组合物及预浸布及3d打印方法 |
| CN110343369A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-18 | 合肥工业大学 | 一种用于室温快速固化的预浸料及制备方法 |
| CN110698607A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-17 | 江南大学 | 一种深色体系光聚合组合物 |
| CN113004848A (zh) * | 2021-02-13 | 2021-06-22 | 江南大学 | 一种近红外固化胶黏剂 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100387631C (zh) | 树脂固化方法及所用光聚合引发剂和树脂组合物、模塑制品以及模塑方法 | |
| CN104312192B (zh) | 一种紫外光固化结构修复用复合材料预浸料及其制备方法 | |
| JP3431782B2 (ja) | 硬化性複合材料組成物及びその硬化方法 | |
| CN105602203A (zh) | 一种可见光固化乙烯基酯树脂复合材料预浸料及其制备方法和使用方法 | |
| CA1175196A (en) | Liquid matrix system based on a mixture of epoxide resin and an amine curing agent for producing fibre- reinforced plastics components | |
| WO2007013544A1 (ja) | Ｒｔｍ成形方法 | |
| CN108948279B (zh) | 一种光-热双固化树脂组合物及预浸布及3d打印方法 | |
| US9550313B2 (en) | Process for the production of storage-stable epoxy prepregs, and composites produced therefrom, based on epoxides and acids amenable to free-radical polymerisation | |
| CN109306150A (zh) | 一种室温固化环氧树脂复合材料的制备方法 | |
| CN105713173B (zh) | 一种乙烯基酯树脂基体的增稠配方及其增稠方法 | |
| CN103526552A (zh) | 一种基于光固化法织物拒水拒油整理方法 | |
| CN115636966A (zh) | 一种近红外光热协同固化纤维复合材料预浸料及其制备方法 | |
| CN104441136B (zh) | 脲醛树脂浸渍和电子束辐射固化制作木塑复合材料的工艺 | |
| CN111607315A (zh) | 一种高耐磨性聚酯树脂粉末涂料的生产工艺 | |
| US5416173A (en) | Amine reacted acrylated epoxy resin blends suitable for radiation cured composites | |
| EP0922727B1 (en) | Photocurable prepreg sheet for waterproofing | |
| RU2706661C1 (ru) | Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него | |
| JP3806209B2 (ja) | フィラメントワインディング成形方法 | |
| JP3008820B2 (ja) | 繊維強化複合材料及びその硬化方法 | |
| CN109929471B (zh) | 一种增强的辐射固化材料及其制备方法 | |
| JPH0977836A (ja) | 光硬化性複合材料組成物 | |
| JP3587932B2 (ja) | 繊維強化複合材料の製造方法 | |
| CN109518466A (zh) | 一种光缆加强芯及其制备方法 | |
| CN106751455A (zh) | 阳离子光固化复合材料的制备方法 | |
| CN114182533A (zh) | 碳纤维上浆液及制备方法与碳纤维复合材料及制备方法 |
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 |