本發(fā)明屬于復(fù)合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，本發(fā)明還涉及該環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的粘接性、耐磨性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、易加工成型以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在電子儀表、建筑、機(jī)械、航天航空、涂料、電氣絕緣材料及先進(jìn)復(fù)合材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但該材料存在強(qiáng)度低，在自然氣候環(huán)境中使用時(shí)，會(huì)受到光、熱、雨水、氧等各種大氣因素的影響，使環(huán)氧樹脂力學(xué)性能和防腐等性能降低，縮短使用壽命；特別是紫外光會(huì)使環(huán)氧樹脂中的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致樹脂表面產(chǎn)生龜裂。為了提高環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度和抗紫外老化性能，常用的方法是在樹脂中添加抗紫外老化的第二相。

抗紫外老化物質(zhì)的第二相可分為有機(jī)紫外吸收劑和無機(jī)的紫外屏蔽劑。其中有機(jī)紫外吸收劑是通過自身對紫外線的吸收降低基體樹脂與紫外線的直接接觸，故存在耐熱性不足，自身會(huì)分解等問題。無機(jī)紫外屏蔽劑多為具有半導(dǎo)體性質(zhì)的無機(jī)納米顆粒，例如氧化鋅、氧化鈦等。這些無機(jī)顆粒具有高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，易加工、無毒、生產(chǎn)安全性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但具有半導(dǎo)體性質(zhì)的無機(jī)納米顆粒在紫外光下，小部分躍遷的電子和沒有復(fù)合的空穴可與表面的吸附水或者其它物質(zhì)反應(yīng)，生成羥基自由基和活性氧自由基。這些自由基具有很高的活性可破壞基體樹脂使樹脂發(fā)生老化，故需使用光穩(wěn)定劑來吸收和捕捉無機(jī)納米顆粒產(chǎn)生的活性自由基。而大部分的光穩(wěn)定劑為有毒物質(zhì)，且耐熱性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，該復(fù)合材料可以自愈合，增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的使用強(qiáng)度和減緩復(fù)合材料在紫外光下基體樹脂的降解，從而提高環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的使用壽命。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，由以下組分組成：片狀鋁粉、環(huán)氧樹脂和固化劑。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

片狀鋁粉的添加量為環(huán)氧樹脂的2～4wt.％。

固化劑的添加量為環(huán)氧樹脂的8～10wt.％；固化劑為二乙烯三胺。

環(huán)氧樹脂為市售的E-44型。

本發(fā)明所采用的另一個(gè)技術(shù)方案是，一種高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：采用高能球磨機(jī)對鋁粉末進(jìn)行球磨片狀處理，其中溶劑為異丙醇，球磨后用異丙醇清洗，洗滌過程始終保持粉末浸沒在異丙醇中，以確保鋁表面未被氧化，得到異丙醇量小于10wt.％的鋁粉/異丙醇分散液；

步驟2：將步驟1得到的鋁粉/異丙醇分散液加入環(huán)氧樹脂中，混合均勻后在70～80℃下加熱直至異丙醇揮發(fā)完全；

步驟3：將固化劑加入到步驟2得到的混合物中，混合均勻后澆鑄得到。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1中片狀鋁粉的添加量為環(huán)氧樹脂的2～4wt.％。

步驟1中球料比：1:8～10、球磨時(shí)間：3～4h。

步驟2中環(huán)氧樹脂為市售的E-44型。

步驟3中固化劑為二乙烯三胺，固化劑的添加量為環(huán)氧樹脂的8～10wt.％。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，通過在環(huán)氧樹脂中添加片狀鋁片，可通過無氧化的鋁薄片增加樹脂材料的強(qiáng)度，另外未氧化鋁薄片可對紫外線進(jìn)行反射，減少環(huán)氧樹脂與紫外線的直接接觸，由于該過程為物理反射，故再無需添加其他物質(zhì)。

附圖說明

圖1是鋁粉在200～600nm間的透過率圖；

圖2是球磨后表面無氧化的片狀鋁粉的掃描圖；

圖3是本發(fā)明高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料經(jīng)60天紫外光照前后的強(qiáng)度值；

圖4是本發(fā)明高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在紫外照射下的黃變值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，由以下組分組成：片狀鋁粉、環(huán)氧樹脂和固化劑。其中片狀鋁粉的添加量為環(huán)氧樹脂的2～4wt.％；固化劑的添加量為環(huán)氧樹脂的8～10wt.％；固化劑為二乙烯三胺；環(huán)氧樹脂為市售的E-44型。

圖1為鋁粉對200～600nm紫外光的透過率。由圖1可知鋁粉對200～600nm的紫外光具有優(yōu)異的反射性。由于紫外光對復(fù)合材料的影響是由表及里的，同時(shí)本發(fā)明為了進(jìn)一步放大鋁粉對紫外光的反射，將常規(guī)的球狀鋁粉，通過改變球料比研磨成徑厚比為100：1、直徑大于20μm的鋁粉末，如圖2所示，其中未氧化率約為70％。無氧化的鋁粉末為銀白色，這樣的薄片狀的鋁粉比表面積較大，在與環(huán)氧樹脂混合后可漂浮在樹脂表面，從而加強(qiáng)復(fù)合材料表面對環(huán)境中紫外光的反射。

圖3為紫外光照前后，本發(fā)明高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度值。圖3可知，經(jīng)60天紫外光照后復(fù)合材料的強(qiáng)度均發(fā)生了不同程度的降低，但添加鋁粉的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度均大于未老化的純環(huán)氧樹脂。由此可知，鋁粉的添加有效地降低了樹脂因紫外光照引起的強(qiáng)度降低。

圖4為復(fù)合材料在紫外光照60天的黃變值變化(ΔYI)情況。由圖4可知，光照后試樣的ΔYI值均為正數(shù)，說明所有試樣的表面顏色均向黃色方向變化。而鋁粉添加后復(fù)合材料的ΔYI值發(fā)生了大幅度的降低，這一規(guī)律與強(qiáng)度的損失率相同，從表面顏色方面再一次證實(shí)鋁粉可有效地反射環(huán)境中的紫外光，降低復(fù)合材料對紫外光的吸收，從而緩解其因紫外光照引起的性能退化。

上述高強(qiáng)度抗紫外老化的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：按環(huán)氧樹脂的重量稱取2～4wt.％的平均直徑為10μm的鋁粉末，采用高能球磨機(jī)對鋁粉末進(jìn)行球磨片狀處理，其中溶劑為異丙醇，球料比：1:8～10、球磨時(shí)間：3～4h，球磨后用丙烯醇清洗3次，洗滌過程始終保持粉末浸沒在異丙醇中，以確保鋁表面未被氧化，得到異丙醇量小于10wt.％的鋁粉/異丙醇分散液；

步驟2：將步驟1得到的鋁粉/異丙醇分散液加入環(huán)氧樹脂中，混合均勻后在70～80℃下加熱直至異丙醇揮發(fā)完全；

步驟3：按環(huán)氧樹脂的重量稱取8～10wt.％的固化劑二乙烯三胺，將固化劑加入到步驟2得到的混合物中，混合均勻后澆鑄得到。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明中將市售的球狀鋁粉在異丙醇中球磨，去掉原有鋁粉末表面包附的有機(jī)物和氧化物，得到純銀白色的無氧化的鋁粉末。球磨過程使鋁粉末從球狀變?yōu)楸∑瑺?，且薄片狀的徑厚比較大，使環(huán)氧樹脂固化時(shí)片狀鋁粉能漂浮在樹脂表面，增大鋁粉在樹脂表面的含量。無氧化的鋁粉末有較強(qiáng)的紫外反射作用，可加強(qiáng)復(fù)合材料表面對環(huán)境中紫外光的反射，增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的抗紫外線能力。

2.片狀鋁粉末還起到了增強(qiáng)相的作用，增強(qiáng)了環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能。

3.一旦環(huán)氧樹脂表面出現(xiàn)龜裂，無氧化的鋁粉末會(huì)與外界空氣接觸發(fā)生氧化。氧化后的鋁粉末，體積會(huì)膨脹，膨脹的部分會(huì)堵住龜裂的裂紋，防止了雨水或腐蝕性介質(zhì)沿龜裂紋向環(huán)氧樹脂內(nèi)部擴(kuò)散，提高了環(huán)氧樹脂材料的防腐性能。

實(shí)施例1

步驟1：按環(huán)氧樹脂的重量稱取2wt.％的平均直徑為10μm的球狀鋁粉，采用高能球磨機(jī)對秤取的球狀鋁粉進(jìn)行球磨處理，其中溶劑為：異丙醇、球料比：1:10、球磨時(shí)間：3小時(shí)，球磨后的片狀鋁粉用異丙醇清洗3次，得到異丙醇量小于10wt.％的鋁粉/異丙醇分散液；

步驟2：將得到的鋁粉/異丙醇分散液加入已去除氣泡的環(huán)氧樹脂中，混合均勻后在70℃下加熱直至異丙醇揮發(fā)完全；

步驟3：按環(huán)氧樹脂的重量稱取8wt.％的固化劑二乙烯三胺，添加至步驟2的混合物中混合均勻后，進(jìn)行澆鑄即得。

實(shí)施例2

步驟1：按環(huán)氧樹脂的重量稱取3wt.％的平均直徑為10μm的球狀鋁粉，采用高能球磨機(jī)對秤取的球狀鋁粉進(jìn)行球磨處理，其中溶劑為：異丙醇、球料比：1:8、球磨時(shí)間：4小時(shí)，球磨后的片狀鋁粉用異丙醇清洗3次，得到異丙醇量小于10wt.％的鋁粉/異丙醇分散液；

步驟2：將得到的鋁粉/異丙醇分散液加入已去除氣泡的環(huán)氧樹脂中，混合均勻后在80℃下加熱直至異丙醇揮發(fā)完全；

步驟3：按環(huán)氧樹脂的重量稱取9wt.％的固化劑二乙烯三胺，添加至步驟2的混合物中混合均勻后，進(jìn)行澆鑄即得。

實(shí)施例3

步驟1：按環(huán)氧樹脂的重量稱取4wt.％的平均直徑為10μm的球狀鋁粉，采用高能球磨機(jī)對秤取的球狀鋁粉進(jìn)行球磨處理，其中溶劑為：異丙醇、球料比：1:9、球磨時(shí)間：3.5小時(shí)，球磨后的片狀鋁粉用異丙醇清洗3次，得到異丙醇量小于10wt.％的鋁粉/異丙醇分散液；

步驟2：將得到的鋁粉/異丙醇分散液加入已去除氣泡的環(huán)氧樹脂中，混合均勻后在75℃下加熱直至異丙醇揮發(fā)完全；

步驟3：按環(huán)氧樹脂的重量稱取9wt.％的固化劑二乙烯三胺，添加至步驟2的混合物中混合均勻后，進(jìn)行澆鑄即得。