一種碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。該高分子材料由包含以下重量份的組分制成:100份環(huán)氧樹脂、8~120份固化劑、0.5~1.5份促進(jìn)劑、160~500份碳纖維和5~55份熱塑性塑料。本發(fā)明中選擇了熱塑性工程塑料作為增韌劑,選擇合適的溶劑,將熱塑性工程塑料配制成溶液,再與環(huán)氧樹脂、固化劑和促進(jìn)劑混合均勻,然后脫除溶劑,再將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料,進(jìn)而制備高增韌碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
【專利說明】一種碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是以環(huán)氧樹脂樹脂為基體,碳纖維為增強(qiáng)體的高性 能復(fù)合材料,主要應(yīng)用于航天航空、交通、醫(yī)療、能源及體育休閑等領(lǐng)域。隨著航天航空等科 技的不斷進(jìn)步,碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料日益受到人們的重視,但是沖擊韌性較差的 弱點(diǎn)也影響了它的廣泛應(yīng)用。因此,環(huán)氧樹脂基體及其復(fù)合材料越來越向著高韌的方向發(fā) 展。
[0003] 通用型環(huán)氧樹脂固化后較脆、沖擊韌度、抗彎強(qiáng)度及耐熱性能較差,環(huán)氧樹脂基體 的增韌主要有橡膠增韌和熱塑性工程塑料增韌兩種方法。橡膠增韌最常用的是液體橡膠, 橡膠通過其活性端基直接參與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng),并能與環(huán)氧體系形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 從而起到增韌的效果。由于橡膠改性的環(huán)氧樹脂玻璃化溫度較低,特別在為得到較好韌性 和斷裂強(qiáng)度而提高橡膠含量時(shí),這種現(xiàn)象尤為顯著,為在不降低力學(xué)性能和熱性能的前提 下實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂固化增韌,近年來又發(fā)展了用耐熱性高和力學(xué)性能良好的熱塑性塑料增韌 環(huán)氧樹脂。
[0004] 高韌性和高耐熱性的熱塑性工程塑料增韌高性能的環(huán)氧樹脂是當(dāng)今工業(yè)化發(fā)展 的方向,但熱塑性工程塑料加入樹脂體系粘度劇增導(dǎo)致成型加工困難,而且分散性也較差; 由于熱塑性工程塑料熔融溫度較高,又與環(huán)氧樹脂的相容性欠佳,通常采用熱塑性工程塑 料顆粒直接層間碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,或者先將熱塑性塑料與環(huán)氧樹脂熱熔溶 解,再與碳纖維制備復(fù)合材料,但是這些技術(shù)工藝復(fù)雜,效率低,效果不佳,與工業(yè)化的實(shí)際 應(yīng)用還存在著較大的差距。因此,開拓環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料增韌的新方法,是適應(yīng)我國碳 纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料發(fā)展的迫切需要。
[0005] 為了充分發(fā)揮熱塑性工程塑料對碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的增韌效果,本專 利先將熱塑性工程塑料配成溶液,再將環(huán)氧樹脂體系與之混合,攪拌均勻,然后再將溶劑脫 去,再將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與 碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料,進(jìn)而制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材 料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料現(xiàn)有增韌技術(shù)存 在的缺陷而提供一種碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008] 本發(fā)明中選擇了熱塑性工程塑料作為增韌劑,選擇合適的溶劑,將熱塑性工程塑 料配制成溶液,再與環(huán)氧樹脂、固化劑和促進(jìn)劑混合均勻,然后脫除溶劑,再將除盡溶劑的 樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與碳纖維熱熔覆合,制 備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料,進(jìn)而制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
[0009] -種碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:由包含以下重量份的組分 制成:
[0010] 環(huán)氧樹脂 1〇〇份,
[0011] 固化劑 8?120份,
[0012] 促進(jìn)劑 0?1.5份,
[0013] 熱塑性塑料5?55份,
[0014] 碳纖維 160?500份。
[0015] 所述的環(huán)氧樹脂為縮水甘油醚型、縮水甘油酯型或縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂,優(yōu)選 AG-80、AFG-90、E-20、E-31、E-44、E-51、F-44、F-46、F-51 或TDE-85 中的一種或一種以上。[0016] 所述的固化劑為胺類固化劑或酸酐類固化劑,優(yōu)選雙氰胺、三氟化硼單乙胺、間苯 二胺、二氨基二苯甲烷、4, 4'-二氨基二苯砜、甲基納迪克酸酐、十二烷基琥珀酸酐或甲基六 氫鄰苯二甲酸酐。
[0017] 所述的促進(jìn)劑為咪唑類或季銨鹽類促進(jìn)劑,優(yōu)選2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪 唑或芐基三乙基氯化銨,其重量份數(shù)優(yōu)選0. 5?1. 5份。
[0018] 所述的熱塑性塑料為熱塑性工程塑料,優(yōu)選聚醚酰亞胺(PEI)、聚砜(PSF)、聚醚 砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酮(PEK)。
[0019] 所述的碳纖維為單向碳纖維或碳纖維織物。
[0020] 一種上述碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
[0021] (1)將5?55份熱塑性塑料溶解在溶劑中,配成熱塑性塑料溶液,然后將100份環(huán) 氧樹脂、8?120份固化劑和0. 5?1. 5份促進(jìn)劑加入上述溶液,并混合均勻;
[0022] (2)將(1)中的溶液在一定的溫度下除去溶劑,再將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹 脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與160?500份碳纖維熱熔覆合,制備碳 纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0023] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在一定溫度、 壓力下固化反應(yīng);
[0024] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在冷壓下降至室溫,脫模,再將制得 的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能。
[0025] 所述的步驟(1)中溶劑選自N,N_二甲基乙酰胺、N,N_二甲基甲酰胺或N-甲 基-2-吡咯烷酮。
[0026] 所述的步驟(1)中熱塑性塑料的濃度為0. 5?10wt%。
[0027] 所述的步驟(2)中脫溶劑條件:先在120?140°C常壓下除溶劑15?30min,再在 120?140°C真空下除溶劑10?20min。
[0028] 所述的步驟(3)中的熱壓固化條件為:固化溫度為120?180°C,固化時(shí)間為4h? l〇h,壓力為0? 5?5MPa。
[0029] 所述的步驟(4)中冷壓條件為:冷壓壓力3?6MPa,冷壓時(shí)間10?30min。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0031] (1)由于橡膠改性的環(huán)氧樹脂玻璃化溫度較低,特別在為得到較好韌性和斷裂強(qiáng) 度而提高橡膠含量時(shí),這種現(xiàn)象尤為顯著,本專利中選擇高韌性和高耐熱性的熱塑性工程 塑料增韌環(huán)氧樹脂,可以在不降低或較少降低力學(xué)性能和熱性能的前提下實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂固 化增韌。
[0032] (2)熱塑性工程塑料加入樹脂體系粘度劇增導(dǎo)致成型加工困難,而且分散性也較 差,本專利選擇合適的溶劑,將熱塑性工程塑料配制成溶液,再與環(huán)氧樹脂、固化劑和促進(jìn) 劑混合均勻,然后脫除溶劑,再將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜 熔融浸漬法,將樹脂膜與碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料,進(jìn)而制備碳纖 維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,不僅減少了熱塑性工程塑料與環(huán)氧樹脂體系熱熔溶解過程,降 低能耗,而且能得到高增韌的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明,其中碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料彎 曲性能測試參照GB3356-1999,采用短支梁三點(diǎn)加載,試樣厚度為2mm,寬度為12. 5mm,跨 厚比為32:1,加載速度為5mm/min;層間剪切性能測試方法參照J(rèn)C/T773-96,試樣厚度為 2mm,寬度為6mm,加載速度為2mm/min;層間斷裂韌性測試參照HB7402-96標(biāo)準(zhǔn),加載速度為 2mm/min〇
[0034] 實(shí)施例1
[0035] (1)將5份熱塑工程性塑料聚醚酮(PEK)溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶劑中,配成 0. 5wt%溶液,然后將55份環(huán)氧樹脂E-44、20份環(huán)氧樹脂F(xiàn)-44、25份環(huán)氧樹脂E-20、8份固 化劑雙氰胺和0. 5份促進(jìn)劑2-甲基咪唑加入上述溶液,并混合均勻;
[0036] (2)將(1)中的溶液在120°C常壓下除溶劑15min,再在120°C真空下除溶劑lOmin, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與160 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0037] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在 120°C/2h/0. 5MPa+160°C/2h/2. 75MPa下固化反應(yīng);
[0038] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在3MPa/10min下降至室溫,脫模,再 將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0039] 實(shí)施例2
[0040] (1)將8份熱塑工程性塑料聚醚酰亞胺(PEI)溶解在N,N-二甲基乙酰胺溶劑中, 配成1.Owt%溶液,然后將60份環(huán)氧樹脂E-31、15份環(huán)氧樹脂E-51、25份環(huán)氧樹脂F(xiàn)-51和 22. 2份固化劑三氟化硼單乙胺加入上述溶液,并混合均勻;
[0041] (2)將(1)中的溶液在一定的130°C常壓下除溶劑20min,再在130°C真空下除溶 劑15min,將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂 膜與227份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0042] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在 130°C/2h/0. 5MPa+170°C/2h/3.OMPa下固化反應(yīng);
[0043] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4MPa/15min下降至室溫,脫模,再 將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0044] 實(shí)施例3
[0045] (1)將12份熱塑工程性塑料聚砜(PSF)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑中,配成 2.Owt%溶液,然后將50份環(huán)氧樹脂E-51、50份環(huán)氧樹脂E-20和22. 2份固化劑4, 4' -二氨 基二苯砜加入上述溶液,并混合均勻;
[0046] (2)將(1)中的溶液在140°C常壓下除溶劑30min,再在140°C真空下除溶劑20min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與226 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0047] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在140°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/4MPa+180°C/2h/4MPa下固化反應(yīng);
[0048] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 5MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0049] 實(shí)施例4
[0050] (1)將22份熱塑工程性塑料聚醚砜(PES)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑中,配 成3.Owt%溶液,然后將70份環(huán)氧樹脂E-20、30份環(huán)氧樹脂TDE-85、64份固化劑甲基納迪 克酸酐和〇. 75份促進(jìn)劑芐基三乙基氯化銨加入上述溶液,并混合均勻;
[0051] (2)將(1)中的溶液在120°C常壓下除溶劑22. 5min,再在120°C真空下除溶劑 15min,將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜 與330份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0052] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在120°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/3MPa+180°C/lh/5MPa下固化反應(yīng);
[0053] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在5MPa/25min下降至室溫,脫模,再 將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0054] 實(shí)施例5
[0055] (1)將30份熱塑工程性塑料聚醚醚酮(PEEK)溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶劑中, 配成4.Owt%溶液,然后將90份環(huán)氧樹脂TDE-85、10份環(huán)氧樹脂AG-80、22. 8份固化劑苯二 胺加入上述溶液,并混合均勻;
[0056] (2)將(1)中的溶液在120°C常壓下除溶劑22. 5min,再在120°C真空下除溶劑 15min,將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜 與228份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0057] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在120°C/2h /0? 5MPa+140°C/2h/l. 5MPa+160°C/2h/3MPa+180°C/4h/5MPa下固化反應(yīng);
[0058] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在5MPa/30min下降至室溫,脫模,再 將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0059] 實(shí)施例6
[0060] (1)將32份熱塑工程性塑料聚醚酰亞胺(PEI)溶解在N,N-二甲基乙酰胺溶劑中, 配成5. 25wt%溶液,然后將35份環(huán)氧樹脂E-51、65份環(huán)氧樹脂E-20、52份固化劑甲基六氫 鄰苯二甲酸酐和1. 5份促進(jìn)劑2-乙基-4-甲基咪唑加入上述溶液,并混合均勻;
[0061] (2)將(1)中的溶液在130°C常壓下除溶劑20min,再在130°C真空下除溶劑20min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與285 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0062] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在 130°C/3h/0. 5MPa+170°C/4h/3.OMPa下固化反應(yīng);
[0063] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在3. 0MPa/15min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0064] 實(shí)施例7
[0065] (1)將34份熱塑工程性塑料聚砜(PSF)溶解在N,N_二甲基甲酰胺溶劑中,配成 6. 5wt%溶液,然后將80份環(huán)氧樹脂TDE-85、20份環(huán)氧樹脂E-51、38. 8份固化劑二氨基二苯 甲烷加入上述溶液,并混合均勻;
[0066] (2)將(1)中的溶液在140°C常壓下除溶劑15min,再在140°C真空下除溶劑15min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與258 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0067] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在 140°C/3h/0. 5MPa+180°C/6h/4.OMPa下固化反應(yīng);
[0068] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 0MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0069] 實(shí)施例8
[0070] (1)將55份熱塑工程性塑料聚醚砜(PES)溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶劑中,配成 8.Owt%溶液,然后將100份環(huán)氧樹脂F(xiàn)-46、120份固化劑十二烷基琥珀酸酐和1. 0份促進(jìn)劑 2-乙基-4-甲基咪唑加入上述溶液,并混合均勻;
[0071] (2)將(1)中的溶液在130°C常壓下除溶劑30min,再在130°C真空下除溶劑lOmin, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與500 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0072] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在130°C/2h /0? 5MPa+150°C/2h/2. 0MPa+180°C/2h/4.OMPa下固化反應(yīng);
[0073] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 0MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0074] 實(shí)施例9
[0075] (1)將35份熱塑工程性塑料聚醚酰亞胺(PEI)溶解在N,N-二甲基乙酰胺溶劑中, 配成10.Owt%溶液,然后將70份環(huán)氧樹脂TDE-85、30份環(huán)氧樹脂AGF-90、42. 8份固化劑二 氨基二苯甲烷加入上述溶液,并混合均勻;
[0076] (2)將(1)中的溶液在140°C常壓下除溶劑20min,再在140°C真空下除溶劑15min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與333 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0077] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在140°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/2. 0MPa+180°C/2h/4.OMPa下固化反應(yīng);
[0078] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 0MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0079] 實(shí)施例10
[0080] (1)將6份熱塑工程性塑料聚醚酰亞胺(PEI)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑 中,配成5.Owt%溶液,然后將50份環(huán)氧樹脂E-51、50份環(huán)氧樹脂E-20和22. 2份固化劑 4, 4' -二氨基二苯砜加入上述溶液,并混合均勻;
[0081] (2)將(1)中的溶液在140°C常壓下除溶劑30min,再在140°C真空下除溶劑20min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與226 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0082] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在140°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/4MPa+180°C/2h/4MPa下固化反應(yīng);
[0083] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 5MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0084] 實(shí)施例11
[0085] (1)將18份熱塑工程性塑料聚醚酰亞胺(PEI)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑 中,配成5.Owt%溶液,然后將50份環(huán)氧樹脂E-51、50份環(huán)氧樹脂E-20和22. 2份固化劑 4, 4' -二氨基二苯砜加入上述溶液,并混合均勻;
[0086] (2)將(1)中的溶液在140°C常壓下除溶劑30min,再在140°C真空下除溶劑20min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與226 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0087] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在140°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/4MPa+180°C/2h/4MPa下固化反應(yīng);
[0088] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 5MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0089] 實(shí)施例12
[0090] (1)將30份熱塑工程性塑料聚醚酰亞胺(PEI)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑 中,配成5.Owt%溶液,然后將50份環(huán)氧樹脂E-51、50份環(huán)氧樹脂E-20和22. 2份固化劑 4, 4' -二氨基二苯砜加入上述溶液,并混合均勻;
[0091] (2)將(1)中的溶液在140°C常壓下除溶劑30min,再在140°C真空下除溶劑20min, 將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與226 份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0092] (3)根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在140°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/4MPa+180°C/2h/4MPa下固化反應(yīng);
[0093] (4)將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 5MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0094] 對比實(shí)施例
[0095] (1)將50份環(huán)氧樹脂E-51、50份環(huán)氧樹脂E-20和22. 2份固化劑4, 4' -二氨基二 苯砜在140°C攪拌,混合均勻,再在140°C真空下脫泡20min,將脫泡后的樹脂體系制備成樹 脂膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與226份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖維增 強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料;
[0096] (2)根據(jù)材料所需尺寸,將(1)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在140°C/2h /0? 5MPa+160°C/2h/4MPa+180°C/2h/4MPa下固化反應(yīng);
[0097] (3)將上述步驟(2)固化好的復(fù)合材料板溫度在4. 5MPa/20min下降至室溫,脫模, 再將制得的復(fù)合材料板裁剪,測其力學(xué)性能,如表1所示。
[0098] 表 1
[0099]
【權(quán)利要求】
1. 一種碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:由包含以下重量份的組分制 成: 環(huán)氧樹脂 100份, 固化劑 8?120份, 促進(jìn)劑 0?1. 5份, 熱塑性塑料5?55份, 碳纖維 160?500份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:所述的 環(huán)氧樹脂為縮水甘油醚型、縮水甘油酯型或縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂,優(yōu)選AG-80、AFG-90、 E-20、E-31、E-44、E-51、F-44、F-46、F-51 和 TDE-85 中的一種或一種以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:所述的固 化劑為胺類固化劑或酸酐類固化劑,優(yōu)選雙氰胺、三氟化硼單乙胺、間苯二胺、二氨基二苯 甲烷、4, 4' -二氨基二苯砜、甲基納迪克酸酐、十二烷基琥珀酸酐或甲基六氫鄰苯二甲酸酐。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:所述的促 進(jìn)劑為咪唑類或季銨鹽類促進(jìn)劑,優(yōu)選2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑或芐基三乙基氯 化銨; 或促進(jìn)劑的重量份為〇. 5?1. 5份。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:所述的熱 塑性塑料為熱塑性工程塑料,優(yōu)選聚醚酰亞胺、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮或聚醚酮。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,其特征在于:所述的碳 纖維為單向碳纖維或碳纖維織物。
7. -種權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法,其 特征在于:包括以下步驟: (1) 將5?55份熱塑性塑料溶解在溶劑中,配成熱塑性塑料溶液,然后將100份環(huán)氧樹 脂、8?120份固化劑和0. 5?1. 5份促進(jìn)劑加入上述溶液,并混合均勻; (2) 將(1)中的溶液在一定的溫度下除去溶劑,再將除盡溶劑的樹脂體系制備成樹脂 膜,采用常規(guī)技術(shù)樹脂膜熔融浸漬法,將樹脂膜與160?500份碳纖維熱熔覆合,制備碳纖 維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料; (3) 根據(jù)材料所需尺寸,將(2)中的預(yù)浸料裁剪,疊層鋪疊,放入模具,在一定溫度、壓力 下固化反應(yīng); (4) 將上述步驟(3)固化好的復(fù)合材料板溫度在冷壓下降至室溫,脫模,再將制得的復(fù) 合材料板裁剪,測其力學(xué)性能。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法,其特征在 于:所述的步驟(1)中溶劑選自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基-2-批 咯烷酮; 或所述的步驟(1)中熱塑性塑料的濃度為〇. 5?10wt%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:所 述的步驟(2)中脫溶劑條件:先在120?140°C常壓下除溶劑15?30min,再在120?140°C 真空下除溶劑10?20min。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維增強(qiáng)韌性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法,其特征在 于:所述的步驟(3沖的熱壓固化條件為:固化溫度為120?180°C,固化時(shí)間為4h?10h, 壓力為〇· 5?5MPa ; 或所述的步驟(4)中冷壓條件為:冷壓壓力3?6MPa,冷壓時(shí)間10?30min。
【文檔編號】C08L81/06GK104277418SQ201310285772
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】楊桂生, 劉明昌 申請人:上海杰事杰新材料(集團(tuán))股份有限公司