CN111393800A - 适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料。该体系为双组份，A组分为复配的环氧树脂，B组分为固化剂。按照重量份计，A：B＝100:80～110；所述的A组分包括主体树脂、增韧剂和稀释剂，按照重量份计。主体树脂：增韧剂：稀释剂＝50～70:5～20:10～30。所述的主体树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种。所述的B组分为酸酐类固化剂，所述的酸酐类固化剂可能为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种或多种。本发明采用酸酐类固化剂的环氧树脂体系，粘度低，适用期长，固化物物理性能优异，满足拉剂成型工艺对于树脂体系性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维技术领域，具体的说，是一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料。
背景技术
增强纤维复合材料具有轻质、力学性能优异、可设计性强等优点。自从增强纤维复合材料问世以来，在航天航空领域得到广泛应用，短时间内迅速的延伸到了交通轨道、医疗器械体育器材和军用设备等众多方面。早期增强纤维复合材料主要采用模压成型、热压罐成型、等成型方法。但此类成型方法操作复杂、生产效率低下、生产成本较高，难以在各领域普及。近年来，开发的拉剂成型工艺稳定、可设计性强、自动化程度高、因此该方法得到各个领域的重视。
拉剂成型工艺对树脂体系性能要求较高，需满足物理性能要求的同时还需满足拉剂成型工艺要求。常用的树脂体系有乙烯基树脂，聚氨酯树脂和环氧树脂。乙烯基树脂和聚氨酯树脂力学性能和耐温性能比较低，不能满足复杂工况对于增强纤维复合材料的使用要求。而环氧树脂固化物的力学性能和耐温性能优异，常被用于拉剂成型工艺制备高性能增强纤维复合材料。环氧树脂多数采用胺类固化，胺类固化剂化学活性高，凝胶时间较短，使得树脂的适用期不够，严重影响了拉剂成型的工艺性。再者，拉剂成型一般采用开放式胶槽，胶槽内的树脂可与空气直接接触，常规环氧树脂体系会在使用过程中吸湿或氧化，影响树脂体系的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料，包括按照重量份计，A：B＝100:80～100:110；
所述A组分包括主体树脂、增韧剂和稀释剂；按照重量份计，主体树脂：增韧剂：稀释剂＝50～70:5～20:10～30；
所述A组分中的主体树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种；采用三种树脂混合时，按照重量百分比计算，双酚A型环氧树脂为55％～75％，双酚F型树脂为10％～30％，酚醛环氧树脂为5％～15％；
所述A组分还包括增韧剂包括核橡胶改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧、聚醚砜改性环氧树脂中的中一种或多种；采用三种混合时，按照重量百分比计算，核橡胶改性环氧树脂为45％～70％，聚氨酯改性环氧为15％～35％，聚醚砜改性环氧树脂为5％～15％。
所述A组分还包括活性稀释剂、非活性稀释剂中一种或两种；采用两种树脂混合时，非活性稀释剂为5％～20％，活性稀释剂为80％～95％。
所述的B组分为甲基四氢苯酐，甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种，按照重量百分比计算，占A组分的80％～110％。
所述的B组分包括促进剂，所述的促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，按照重量百分比计算，占A组分的0.5％～3％。
发明的第二个目的是提供一种或几种采用拉剂成型的碳纤维复合材料；
实现本发明第二个目的技术方案是采用拉剂成型工艺制备碳纤维复合材料，包括碳纤维和环氧树脂固化物；所述的环氧树脂体系采用前述配方；
环氧树脂固化物在碳纤维复合材料中的质量分数为40～60％。
所述的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维；
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明采用酸酐类固化剂的环氧树脂体系，粘度低，适用期长，固化物力学性能和耐热性优异。
树脂A组分中的主体树脂以双酚A型环氧、双酚F环氧、酚醛环氧复配组分，双酚F环氧树脂调节拉剂树脂体系粘度，酚醛环氧树脂提高拉剂树脂体系的物理性能。另外A组分中引入稀释剂和增韧剂，稀释剂降低体系粘度，提高拉剂形成的工艺性，增韧剂在不降低树脂固化耐热性能的前提下提高韧性；
虽然碳纤维复合材料性能优异，但是常规的成型工艺复杂，生产成本高。本发明采用拉剂成型工艺可连续生产，迅速的提高了生产效率高。同时制备碳纤维复合材料力学性能优异，弯曲疲劳强度能接受超过1万次测试考验，满足在120℃环境下长期使用。
具体实施方式
以下提供本发明一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料的具体实施方式。
实施例1
本实施例的一种适用于拉剂成型工艺低粘度环氧树脂体系，该体系为双组份，A组分为复配的环氧树脂，B组分为固化剂。按照重量份计，A：B＝100:80～110；
该树脂体系A组分包括：1、主体树脂：双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为50％～80％；2、增韧剂：核橡胶改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧、聚醚砜改性环氧树脂中的中一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为5％～30％；3、稀释剂：活性稀释剂、非活性稀释剂中一种或两种，按照重量百分比计算，占A组分比例为30％～10％；
该树脂体系B组分包括：固化剂为酸酐类固化剂，甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为80％～110％；促进剂为咪唑类固化剂，按照重量百分比计算，占A组分比例为0.5％～3％；
本发明采用酸酐类固化剂的环氧树脂体系，粘度低，适用期长，固化物力学性能和耐热性优异；
对比例1:
本实施例的一种适用于拉剂成型工艺低粘度环氧树脂体系，该体系为双组份，A组分为复配的环氧树脂，B组分为固化剂。按照重量份计，A：B＝100:87；
该树脂体系A组分包括：1、主体树脂：双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为70％；
2、增韧剂：核橡胶改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧、聚醚砜改性环氧树脂中的中一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为30％；
该树脂体系B组分包括：固化剂为酸酐类固化剂，甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为85％；促进剂为咪唑类固化剂，按照重量百分比计算，占A组分比例为2.0％；
对比例2:
本实施例的一种适用于拉剂成型工艺低粘度环氧树脂体系，该体系为双组份，A组分为复配的环氧树脂，B组分为固化剂。按照重量份计，A：B＝100:95；
该树脂体系A组分包括：1、主体树脂：双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为70％；2、稀释剂：活性稀释剂、非活性稀释剂中一种或两种，按照重量百分比计算，占A组分比例为30％；
该树脂体系B组分包括：固化剂为酸酐类固化剂，甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为93％；促进剂为咪唑类固化剂，按照重量百分比计算，占A组分比例为2％；
对比例3:
本实施例的一种适用于拉剂成型工艺低粘度环氧树脂体系，该体系为双组份，A组分为复配的环氧树脂，B组分为固化剂。按照重量份计，A：B＝100:90；
该树脂体系A组分包括：1、主体树脂：双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为50％～80％；
该树脂体系B组分包括：固化剂为酸酐类固化剂，甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种或多种，按照重量百分比计算，占A组分比例为88％；促进剂为咪唑类固化剂，按照重量百分比计算，占A组分比例为2.0％。
实施例2
本实施例的一种采用拉剂成型工艺碳纤维复合材料；
将上述复配好的A组分和B组分分别注入到注胶机中，混合均匀后注入到固化模具中，同时将纤维和脱模布引入固化模具进行固化成型。纤维为碳纤维或者玻璃纤维。
将上述制备低粘度液态树脂其中一种与连续的碳纤维(T300)通过拉剂成型工艺制备碳纤维复合材料，并进行力学性能测试如表2所示；
以上所述的具体实施例为本发明较优的实施方式，但本发明实施方式不受限的限制，凡在本发明的精神和原则内，所做的任何修饰，等同改进、替换等，均应包含在本发明保护范围之内。
表1：
表2：
| 测试项目 | 性能测试值 |
| 径向拉伸强度/MPa | 1581 |
| 径向拉伸模量/GPa | 139 |
| 径向弯曲强度/MPa | 855 |
| 径向弯曲模量/GPa | 113 |
| 径向压缩强度/MPa | 122 |
| 径向压缩模量/GPa | 8.22 |
| 横向压缩强度/MPa | 1348 |
| 横向压缩模量/GPa | 118 |
| 层间剪切强度/MPa | 72.3 |
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，在不脱离本发明构思的前提下，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内。
Claims (10)
1.一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，包括按照重量份计，A：B＝100:80～100:110。
2.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，所述A组分包括主体树脂、增韧剂和稀释剂；按照重量份计，主体树脂：增韧剂：稀释剂＝50～70:5～20:10～30。
3.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，所述A组分中的主体树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型树脂、酚醛环氧树脂中的一种或多种；采用三种树脂混合时，按照重量百分比计算，双酚A型环氧树脂为55％～75％，双酚F型树脂为10％～30％，酚醛环氧树脂为5％～15％。
4.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，所述A组分还包括增韧剂包括核橡胶改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧、聚醚砜改性环氧树脂中的中一种或多种；采用三种混合时，按照重量百分比计算，核橡胶改性环氧树脂为45％～70％，聚氨酯改性环氧为15％～35％，聚醚砜改性环氧树脂为5％～15％。
5.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，所述A组分还包括活性稀释剂、非活性稀释剂中一种或两种；采用两种树脂混合时，非活性稀释剂为5％～20％，活性稀释剂为80％～95％。
6.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，所述的B组分为甲基四氢苯酐，甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐中的一种，按照重量百分比计算，占A组分的80％～110％。
7.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂，其特征在于，所述的B组分包括促进剂，所述的促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，按照重量百分比计算，占A组分的0.5％～3％。
8.根据权利要求1所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂制备的碳纤复合材料，其特征在于，包括增强纤维和环氧树脂固化物，所述的环氧树脂体系采用前述配方。
9.根据权利要求8所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂制备的碳纤复合材料，其特征在于，环氧树脂固化物在碳纤维复合材料中的质量分数为40～60％。
10.根据权利要求8所述的一种适用于拉挤成型工艺环氧树脂制备的碳纤复合材料，其特征在于，所述的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维。
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