CN105566854A - 一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物及其复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物及其复合材料，组分和质量份数如下：A组分：环氧树脂100、活性稀释剂0-50、高温交联剂1-50、溶剂0-100；B组分：低温交联剂；A∶B两组分的质量比为100∶1-100。本发明的目的在于利用不同的反应温度，来控制不同的反应过程，实现环氧树脂混合物在不同工艺要求的各个形态之间转变。本发明可以应用于预浸料、胶粘剂、涂料、模塑料等领域。同时，本发明避免或减少了溶剂的使用量，降低了成本，有利于环境保护。在上述环氧树脂组合物的基础上，添加填料和纤维，还可以组成复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种环氧树脂组合物及其复合材料，尤其涉及一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物及其复合材料。
背景技术
环氧树脂的固化，一般可添加各种不同类型的固化剂，使其固化反应具有不同的特点。例如，添加胺类固化剂，可以使环氧树脂低温固化(15-45℃)；添加酸酐类固化剂，可以使环氧树脂中高温固化(80-180℃)。不管是常温固化还是中高温固化，环氧树脂的固化度是逐步上升的。
在预浸料、模塑料、某些涂料和胶粘剂等应用领域，希望环氧树脂能够具有以下几个工艺状态：
第1种状态：低粘度液体状态，方便涂布、纤维浸润等施工操作；
第2种状态：半固体状态，不流动，不粘手，方便后续施工；
第3种状态：固化后的三维交联产物，具有一定的强度、硬度。
为了实现以上这三个工艺状态的转化，一般通过在组合物中添加溶剂以达到第1种状态。在涂布、纤维浸润等施工操作结束后，通过溶剂的挥发，使组合物达到第2种状态。在完成后续施工操作后，再通过加热的方式，使组合物达到第3种状态。这就是溶剂法生产预浸料的基本原理。
还有一种主要应用于预浸料的方法是，常温下，组合物处于第2种状态，通过加热到一定温度(一般为60-80℃)，使其熔化，达到第一种状态。纤维浸润完毕后，再通过冷却，使组合物恢复到第2种状态。完成后续施工操作后，再通过加热到较高温度的方式(一般为140-160℃)，使组合物达到第3种状态。这就是熔融法生产预浸料的基本原理。
上述两种方法，从第1种状态到第2种状态的转化，依靠的都是物理变化，不是化学变化。第一种方法的缺点是使用大量的溶剂，既不经济又不环保。第二种方法的缺点是，第一次加热熔化会对第二次加热固化产生影响，两次加热的温度必须留出足够的间隔。而且，加热熔化后达到的第1种状态的组合物难以达到理想的低粘度状态。同时，多次加热和冷却，消耗更多的能源，不利于节能的要求。
发明内容
本发明提供一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，利用不同的反应温度，来控制不同的反应过程，实现环氧树脂混合物在不同工艺要求的各个形态之间转变。同时，本发明避免或减少了溶剂的使用量，降低了成本，有利于环境保护。
本发明的主要原理如下：在环氧树脂中添加几种物质混合均匀后，组合物即为低粘度液体，即上文中的第1种状态。这种状态，可以方便的涂布在物体表面，无论是作为粘接剂还是涂料使用，都具备良好的施工性能。同时，低粘度的液体组合物，对填料和纤维的润湿分散效果都很好，可以很好的满足预浸料和模塑料的要求；
在低温下经过一段时间，由于环氧树脂和添加的一部分物质发生化学反应，分子量增大，组合物变成固体或半固体状态，即上文中的第2种状态。对应胶粘剂的应用，此时施工人员可以在上面施工操作，铺设需要被粘接的材料；对应预浸料的应用，此时操作人员可以方便在模具上铺敷；
上述操作完成后，再对组合物进行加热处理，一般使温度升高到80-160℃。在较高的温度下，第一步的产物继续反应，最终，生成不溶不熔的三维交联网状高分子聚合物。
一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，组分和质量份数如下：
A组分
环氧树脂100份
活性稀释剂0-50份
高温交联剂1-50份
溶剂0-100份
B组分
低温交联剂
A、B两组分的质量比为100∶1-100。
优选地，所述环氧树脂为芳香族环氧化合物、脂环族环氧化合物、脂肪族环氧化合物中的一种或几种的混合物。
优选地，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种的混合物。
优选地，所述高温交联剂为封闭型的异氰酸酯，包括由苯酚、己内酰胺、吡唑或酮肟封闭的甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
优选地，所述低温交联剂为每分子平均活泼氢1-3个的胺类物质，包括苯胺、乙醇胺、二乙醇胺以及由乙二胺、己二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺与单官能团环氧化合物、丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸加成反应后产物中的一种或几种的混合物(上述加成反应的摩尔比，根据不同原料按产物中每分子平均活泼氢含量1-3个计算得到)。
优选地，所述环氧树脂组合物在10-45℃的温度下生成低聚物，形成固体或半固体产物；在80-160℃的温度下，继续反应，生成网状三维交联聚合物。
优选地，所述溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、溶剂油中的一种或几种的混合物。
一种复合材料，包括增强组分、填料和环氧树脂组合物，且所述增强组分含量为1-80％(质量分数)，填料含量为0-80％(质量分数)。
优选地，所述增强组分为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或几种的混合物。
优选地，所述填料为碳酸钙、氧化铝、氢氧化铝、石英粉、滑石粉中的一种或几种的混合物。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，组分和质量份数如下：
A组分
环氧树脂100份
活性稀释剂0-50份
高温交联剂1-50份
溶剂0-100份
B组分
低温交联剂
A、B两组分的质量比为100∶1-100。
优选地，所述环氧树脂为芳香族环氧化合物、脂环族环氧化合物、脂肪族环氧化合物中的一种或几种的混合物。
优选地，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种的混合物。
优选地，所述高温交联剂为封闭型的异氰酸酯，包括由苯酚、己内酰胺、吡唑或酮肟封闭的甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
优选地，所述低温交联剂为每分子平均活泼氢1-3个的胺类物质，包括苯胺、乙醇胺、二乙醇胺以及由乙二胺、己二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺与单官能团环氧化合物、丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸加成反应后产物中的一种或几种的混合物(上述加成反应的摩尔比，根据不同原料按产物中每分子平均活泼氢含量1-3个计算得到)。
优选地，所述环氧树脂组合物在10-45℃的温度下生成低聚物，形成固体或半固体产物；在80-160℃的温度下，继续反应，生成网状三维交联聚合物。
优选地，所述溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、溶剂油中的一种或几种的混合物。
一种复合材料，包括增强组分、填料和环氧树脂组合物，且所述增强组分含量为1-80％(质量分数)，填料含量为0-80％(质量分数)。
优选地，所述增强组分为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或几种的混合物。
优选地，所述填料为碳酸钙、氧化铝、氢氧化铝、石英粉、滑石粉中的一种或几种的混合。
实施例1
取E51环氧树脂90份，添加10份环己二醇二缩水甘油醚，搅拌均匀后，再添加苯酚封闭MDI10份，搅拌均匀，为A组分。取一乙醇胺50份加二乙醇胺50份，混合搅拌均匀，为B组分。取A组分100份，加入B组分8份，混合搅拌均匀，形成低粘度液体，浸渍玻璃纤维布，上下覆聚乙烯薄膜，收卷；放置熟化2天后形成预浸料。取适量预浸料，撕掉上下两面的薄膜，放置到150℃的金属模具上，合模保压5分钟，启模，取出制品。
实施例2
取E51环氧树脂90份，添加10份新戊二醇二缩水甘油醚，搅拌均匀后，再添加苯酚封闭TDI10份，搅拌均匀，为A组分。取乙二胺和丙烯腈按1∶2摩尔比加成反应的产物，为B组分。取A组分100份，加入B组分10份，并加入碳酸钙200份，短切玻璃纤维50份，混合均匀，放置熟化2天后形成模塑料。取适量模塑料，放置到150℃的金属模具上，合模保压5分钟，启模，取出制品。
实施例3
取E44环氧树脂100份，添加己内酰胺封闭MDI10份，醋酸乙酯2份，搅拌均匀，为A组分。取己二胺和丙烯腈按1∶2摩尔比加成反应的产物，为B组分。取A组分100份，加入B组分8份，混合搅拌均匀，形成低粘度液体，涂刷在钢板表面。放置2天后，取180℃的沥青、石料混合物，涂布在钢板上。待沥青冷却后，环氧树脂组合物，可对沥青石料混合物形成有效的粘接层。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，组分和质量份数如下：
A组分
环氧树脂100份
活性稀释剂0-50份
高温交联剂1-50份
溶剂0-100份
B组分
低温交联剂
A、B两组分的质量比为100∶1-100。
2.根据权利要求1所述的一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂为芳香族环氧化合物、脂环族环氧化合物、脂肪族环氧化合物中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，所述高温交联剂为封闭型的异氰酸酯，包括由苯酚、己内酰胺、吡唑或酮肟封闭的甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，所述低温交联剂为每分子平均活泼氢1-3个的胺类物质，包括苯胺、乙醇胺、二乙醇胺以及由乙二胺、己二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺与单官能团环氧化合物、丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸加成反应后产物中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂组合物在10-45℃的温度下生成低聚物，形成固体或半固体产物；在80-160℃的温度下，继续反应，生成网状三维交联聚合物。
7.根据权利要求1所述的一种具有特殊固化特性的环氧树脂组合物，其特征在于，所述溶剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、溶剂油中的一种或几种的混合物。
8.一种复合材料，其特征在于：包括增强组分、填料和权利要求1所述的环氧树脂组合物，且所述增强组分含量为1-80％(质量分数)，填料含量为0-80％(质量分数)。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料，其特征在于，所述增强组分为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求8所述的一种复合材料，其特征在于，所述填料为碳酸钙、氧化铝、氢氧化铝、石英粉、滑石粉中的一种或几种的混合物。
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