本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
背景技術(shù)：
高模量PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂制備的復(fù)合材料已被用作結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于航天器和空間探測(cè)器中。PBO纖維在擁有一系列優(yōu)異性能的同時(shí)，也存在自身的缺點(diǎn)。PBO纖維的表面非常光滑，呈化學(xué)惰性，不易與樹(shù)脂基體浸潤(rùn)，致使復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度較低，無(wú)法充分體現(xiàn)增強(qiáng)體的作用。因此改善環(huán)氧樹(shù)脂與PBO纖維的浸潤(rùn)性與界面結(jié)合性是很有必要的。
為了改變環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)PBO纖維的浸潤(rùn)性，一般分為兩個(gè)方面：一是對(duì)PBO纖維進(jìn)行表面改性，二是對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基體進(jìn)行改性，其中：對(duì)PBO纖維直接進(jìn)行表面改性難免會(huì)對(duì)纖維本身的性能造成不同程度上的破壞，影響材料的性能，所以通過(guò)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基體進(jìn)行物理和化學(xué)改性就顯得尤為關(guān)鍵了。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)氧樹(shù)脂組合物，其在用于與PBO纖維制備復(fù)合材料時(shí)具有良好的浸潤(rùn)性和界面結(jié)合性能。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種環(huán)氧樹(shù)脂組合物，以重量份計(jì)，包括如下組分：環(huán)氧樹(shù)脂100份、固化劑10~80份、增韌劑2~40份、促進(jìn)劑0~20份、稀釋劑0~25份、偶聯(lián)劑1~15份、納米TiO21~3份。
本發(fā)明中，所述環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧值為0.48~0.54；25℃下粘度為11000~14000mPa.s；固化劑為3,3’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷（H-256）或低分子量聚酰胺；促進(jìn)劑為2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）；增韌劑為聚酰胺或端羧基液體丁腈橡膠；稀釋劑為1,4-丁二醇二縮水甘油醚；偶聯(lián)劑為γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）或γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）；納米TiO2為表面改性后的納米TiO2，改性劑為KH-560，具體改性方法如下：在乙醇中加入納米TiO2和KH-560，KH-560的用量為TiO2質(zhì)量的2~6%，利用超聲粉碎機(jī)超聲2小時(shí)，超聲功率為500~1000W。
一種利用上述環(huán)氧樹(shù)脂組合物與PBO纖維制備環(huán)氧樹(shù)脂體系/PBO纖維復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：
一、環(huán)氧樹(shù)脂改性：
當(dāng)增韌劑為端羧基液體丁腈橡膠時(shí)，首先將增韌劑、偶聯(lián)劑先加入到環(huán)氧樹(shù)脂中，加熱并機(jī)械攪拌，在90~120℃的溫度下反應(yīng)3~4小時(shí)，得到改性后的環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物；然后在改性后的環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物中加入固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑和納米TiO2，得到化學(xué)與填料改性后的環(huán)氧樹(shù)脂。
當(dāng)增韌劑為聚酰胺時(shí)，首先將偶聯(lián)劑先加入到環(huán)氧樹(shù)脂中，加熱并機(jī)械攪拌，在90~120℃的溫度下反應(yīng)3~4小時(shí)，得到改性后的環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物；然后在改性后的環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物中加入增韌劑、固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑和納米TiO2，得到化學(xué)與填料改性后的環(huán)氧樹(shù)脂。
二、制備環(huán)氧樹(shù)脂體系/PBO纖維復(fù)合材料：
將化學(xué)與填料改性后的環(huán)氧樹(shù)脂攪拌均勻后真空脫泡，然后將纏繞好的PBO纖維浸潤(rùn)到其中，浸泡10~20分鐘后轉(zhuǎn)移到已經(jīng)預(yù)熱過(guò)的金屬模具中，按照相應(yīng)固化制度進(jìn)行固化，得到復(fù)合材料。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明使用的反應(yīng)性稀釋劑使得環(huán)氧樹(shù)脂組合物在常溫下就具有一定流動(dòng)性，且稀釋劑具有環(huán)氧結(jié)構(gòu)能參與反應(yīng)，相比添加非活性稀釋劑，樹(shù)脂固化物的性能更佳；
2、本發(fā)明使用的增韌劑和環(huán)氧樹(shù)脂具有反應(yīng)性，使固化物具有更優(yōu)良的機(jī)械性能；
3、本發(fā)明使用的偶聯(lián)劑具有環(huán)氧基團(tuán)，既能增加環(huán)氧樹(shù)脂與PBO纖維的粘接性能，又能增加固化物的交聯(lián)密度；
4、本發(fā)明的環(huán)氧樹(shù)脂組合物對(duì)PBO纖維具有較好的浸潤(rùn)性，與PBO纖維結(jié)合性好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
實(shí)施例1：
以重量份計(jì)，本實(shí)施例中的環(huán)氧樹(shù)脂組合物由如下組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂100份、固化劑32份、增韌劑20份、促進(jìn)劑1份、稀釋劑25份、偶聯(lián)劑3份、納米TiO21份。
本實(shí)施例中，所述環(huán)氧樹(shù)脂為液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧值0.48~0.54，型號(hào)E-51。
本實(shí)施例中，所述固化劑為H-256，江蘇惠峰。
本實(shí)施例中，所述增韌劑為聚酰胺，型號(hào)651。
本實(shí)施例中，所述稀釋劑為1,4-丁二醇二縮水甘油醚，阿拉丁產(chǎn)品；
本實(shí)施例中，所述偶聯(lián)劑為KH-550。
本實(shí)施例中，所述納米TiO2：60~100nm，阿拉丁產(chǎn)品；
本實(shí)施例中，所述促進(jìn)劑為DMP-30。
本實(shí)施例中，上述環(huán)氧樹(shù)脂組合物可用于制備E-51+H-256環(huán)氧樹(shù)脂體系/PBO纖維復(fù)合材料，具體制備步驟如下：
將100份E-51環(huán)氧樹(shù)脂和3份KH-550混合，在機(jī)械攪拌下加熱到90℃反應(yīng)4小時(shí)；然后加入25份1,4-丁二醇二縮水甘油醚、1份改性后納米TiO2，超聲分散1小時(shí)，最后加入32份H-256、1份DMP-30和20份聚酰胺651，混合均勻后真空脫泡；然后與PBO纖維利用模具制備復(fù)合材料，固化制度為90℃保溫2小時(shí)，120℃保溫2小時(shí)，150℃保溫2小時(shí)。
按照上述方法對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性后，復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度ILSS從未改性的31.2Mpa增加到改性后的41.1MPa，單絲拔出強(qiáng)度IFSS從未改性20.4MPa增加到了27.9MPa。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，所述偶聯(lián)劑為KH-560。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例與實(shí)施例1或2不同的是，所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物由如下組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂100份、固化劑32份、增韌劑20份、稀釋劑25份、偶聯(lián)劑3份、納米TiO21份。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例與實(shí)施例1或2不同的是，所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物由如下組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂100份、固化劑32份、增韌劑20份、偶聯(lián)劑3份、納米TiO21份。
實(shí)施例5：
以重量份計(jì)，本實(shí)施例中的環(huán)氧樹(shù)脂組合物由如下組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂100份、固化劑30份、增韌劑30份、促進(jìn)劑1份、稀釋劑25份、偶聯(lián)劑3份、納米TiO21份。
本實(shí)施例中，所述環(huán)氧樹(shù)脂為液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧值0.48~0.54，型號(hào)E-51。
本實(shí)施例中，所述固化劑為聚酰胺，型號(hào)651。
本實(shí)施例中，所述增韌劑為聚端羧基液體丁腈橡膠，型號(hào)TL910。
本實(shí)施例中，所述稀釋劑為1,4-丁二醇二縮水甘油醚，阿拉丁產(chǎn)品；
本實(shí)施例中，所述偶聯(lián)劑為KH-550。
本實(shí)施例中，所述納米TiO2：60~100nm，阿拉丁產(chǎn)品；
本實(shí)施例中，所述促進(jìn)劑為DMP-30。
本實(shí)施例中，上述環(huán)氧樹(shù)脂組合物可用于制備E-51+聚酰胺651環(huán)氧樹(shù)脂體系/PBO纖維復(fù)合材料，具體制備步驟如下：
將100份E-51環(huán)氧樹(shù)脂、30份TL910、3份KH-550混合，在機(jī)械攪拌下加熱到120℃反應(yīng)3小時(shí)；然后加入25份1,4-丁二醇二縮水甘油醚、1份改性后納米TiO2，超聲分散1小時(shí)；再加入30份聚酰胺651、1份DMP-30，混合均勻后真空脫泡；然后與PBO纖維利用模具制備復(fù)合材料，固化制度為40℃保溫2小時(shí)，80℃保溫2小時(shí)。
實(shí)施例6：
本實(shí)施例與實(shí)施例5不同的是，所述偶聯(lián)劑為KH-560。
實(shí)施例7：
本實(shí)施例與實(shí)施例6不同的是，所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物由如下組分組成：環(huán)氧樹(shù)脂100份、固化劑30份、增韌劑30份、促進(jìn)劑1份、偶聯(lián)劑3份、納米TiO21份。