核壳粒子环氧树脂预混物、碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳粒子环氧树脂预混物及其制备方法、碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物及其制备方法，该核壳粒子环氧树脂预混物含有液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂；液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60‑99：1‑40：0.01‑4：0.01‑0.10。该核壳粒子环氧树脂预混物具有优异的韧性，进而提高了碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物的冲击强度，同时两组制备方法均具有原料易得、操作简便的特点。

Core-shell particles, epoxy resin premix, carbon fiber prepreg, core-shell particle toughened epoxy resin composition and process for producing the same

The invention discloses a core-shell particle epoxy resin premix and its preparation method, carbon fiber prepreg core-shell particle toughened epoxy resin composition and a preparation method thereof, the core-shell particles in epoxy resin premix containing liquid epoxy resin, core-shell particles, coupling agent and defoaming agent; liquid epoxy resin, core-shell particles, coupling agent and defoaming agent in the weight ratio of 60 99:1 40:0.01 4:0.01 0.10. The core-shell particles in epoxy resin premix has excellent toughness, and improve the impact strength of carbon fiber prepreg core-shell particle toughened epoxy resin composition, preparation method and the two groups are easy to get raw materials and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
核壳粒子环氧树脂预混物、碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物及其制备方法
本专利技术涉及核壳粒子环氧树脂，具体地，涉及核壳粒子环氧树脂预混物、碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物及其制备方法。
技术介绍
由于碳纤维预浸料用普通环氧树脂是一种三维网状的热固性聚合物，是一种脆性很强的材料，其增韧改性是高分子科学与材料领域基础研究和应用开发的重要研究内容，一直以来都受到广泛关注。但是单纯采用橡胶或者弹性体或者刚性粒子对环氧树脂增韧都存在着一些缺点。譬如，1）单纯采用橡胶或弹性体增韧环氧树脂，橡胶或弹性体的掺加量要求非常高，通常需要达到20％以上的掺量才能起到增韧作用，这样，虽然冲击韧性得到了提高，但这往往会导致材料的强度和模量损失太多。2）而采用无机刚性粒子对其进行增韧，虽然材料的强度和模量不会损失，但是材料的韧性基本得不到提高，而且由于无机粒子和有机环氧树脂的相容性差，通常会存在无机粒子无法均匀分散在环氧树脂基体中的问题，特别是微纳米尺寸无机填料填充环氧树脂体系，由于粒子尺寸小，具有非常高的表面能，极易在基体中发生大面积团聚现象，从而使环氧树脂中产生较大缺陷，这样，反倒降低了环氧树脂的韧性，环氧树脂的增强与增韧成为一种矛盾，制约该产品进一步向更优性能的发展。J.Y.Qian等人(见“ThePreparationandApplicationofCore-ShellLatexParticlesasTougheningAgentsforEpoxies”，25thInternationalSAMPEConference，October26-28，1993)介绍了用特定的核壳聚合物改善环氧树脂中断裂韧性,尤其使用一种其壳被交联且以所有共聚单体计包括5wt％共聚二乙烯基苯的核壳聚合物，与其壳未交联的所用的其它核壳共聚物相比，环氧树脂中的断裂韧性没有改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种核壳粒子环氧树脂预混物及其制备方法、碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物及其制备方法，该核壳粒子环氧树脂预混物具有优异的韧性，进而提高了碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物的冲击强度，同时两组制备方法均具有原料易得、操作简便的特点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种核壳粒子环氧树脂预混物，含有液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂；液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60-99：1-40：0.01-4：0.01-0.10。本专利技术还提供了一种如上述的核壳粒子环氧树脂预混物的制备方法，包括：1）将液体环氧树脂、偶联剂升温至25-50℃且搅拌反应0.1-1h，混合均匀得到混合物；2）将核壳粒子加入至所述混合物中，分散0.5-3h且在分散过程中添加消泡剂；接着三辊机研磨；然后搅拌机分散0.5-3h，得到黏度为3000-250000mPa•s的核壳粒子环氧树脂预混物；其中，液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60-99：1-40：0.01-4：0.01-0.10。本专利技术进一步提供了一种碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物，含有如上述的核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂和促进剂；核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为1-25：5-20：5-35：1-10：0.2-2。本专利技术更进一步地提供了一种如上述的碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物的制备方法，包括：1）将核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂和固体环氧树脂于60-90℃下混合均匀；2）将固化剂、促进剂加入体系中，搅拌混合0.5-1小时，得到终产物；3）将终产物于120-150℃下固化0.5-4h得到碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物；其中，核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为1-25：5-20：5-35：1-10：0.2-2。在上述技术方案中，本专利技术首先通过核壳粒子、偶联剂和消泡剂对液体环氧树脂进行改性（核壳粒子易团聚结块，直接添加到环氧树脂中固化后不均匀，影响力学性能）使得核壳粒子环氧树脂预混物具有优异的韧性（韧性提高50-100%）；接着通过核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂和促进剂的协同作用使得制得的碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物具有优异的抗冲击性能。同时，上述两组制备方法均具有原料易得、操作简便的特点，从而便于推广。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种核壳粒子环氧树脂预混物，含有液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂；液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂（偶联剂和消泡剂提高核壳粒子的分散效果）的重量比为60-99：1-40：0.01-4：0.01-0.10。在本专利技术中，液体环氧树脂的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的核壳粒子环氧树脂预混物具有更优异的韧性，优选地，液体环氧树脂选自液体双酚A型环氧树脂、液体双酚F型环氧树脂、液体双酚S型环氧树脂、液体脂环族环氧树脂、液体酚醛环氧树脂、液体改性环氧树脂和液体缩水甘油胺环氧树脂中的至少一种。在本专利技术中，核壳粒子的形状以及种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的核壳粒子环氧树脂预混物具有更优异的韧性，优选地，核壳粒子满足以下条件：核心是软质橡胶相，外壳由硬质有机单体组成，形状为100nm-200nm粉状粒子；更优选地，所述核壳粒子以丁腈橡胶、聚硫橡胶、有机硅橡胶和丁苯橡胶中的至少一种软质橡胶为核材，以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、环氧丙烯酸甲酯和乙烯基丙烯酸甲酯的至少一种硬质有机单体为壳材。在本专利技术中，偶联剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的核壳粒子环氧树脂预混物具有更优异的韧性，优选地，偶联剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。在本专利技术中，消泡剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的核壳粒子环氧树脂预混物具有更优异的韧性，优选地，消泡剂选自牌号ST560、SPA102、SPA202、APP10、APP20中的至少一种。本专利技术还提供了一种如上述的核壳粒子环氧树脂预混物的制备方法，包括：1）将液体环氧树脂、偶联剂升温至25-50℃且搅拌反应0.1-1h，混合均匀得到混合物；2）将核壳粒子加入至所述混合物中，分散0.5-3h且在分散过程中添加消泡剂；接着三辊机研磨；然后搅拌机分散0.5-3h，得到黏度为3000-250000mPa•s的核壳粒子环氧树脂预混物；其中，液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60-99：1-40：0.01-4：0.01-0.10。本专利技术进一步提供了一种碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合物，含有如上述的核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂和促进剂；核壳粒子环氧树脂预混物、液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为1-25：5-20：5-35：1-10：0.2-2。在本专利技术中，液体环氧树脂的种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的碳纤维预浸料核壳粒子增韧环氧树脂组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳粒子环氧树脂预混物，其特征在于，含有液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂；所述液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60‑99：1‑40：0.01‑4：0.01‑0.10。

【技术特征摘要】
1.一种核壳粒子环氧树脂预混物，其特征在于，含有液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂；所述液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60-99：1-40：0.01-4：0.01-0.10。2.根据权利要求1所述的核壳粒子环氧树脂预混物，其中，所述液体环氧树脂选自液体双酚A型环氧树脂、液体双酚F型环氧树脂、液体双酚S型环氧树脂、液体脂环族环氧树脂、液体酚醛环氧树脂、液体改性环氧树脂和液体缩水甘油胺环氧树脂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的核壳粒子环氧树脂预混物，其中，所述核壳粒子满足以下条件：核心是软质橡胶相，外壳由硬质有机单体组成，形状为100nm-200nm粉状粒子；优选地，所述核壳粒子以丁腈橡胶、聚硫橡胶、有机硅橡胶和丁苯橡胶中的至少一种软质橡胶为核材，以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、环氧丙烯酸甲酯和乙烯基丙烯酸甲酯的至少一种硬质有机单体为壳材。4.根据权利要求1所述的核壳粒子环氧树脂预混物，其中，所述偶联剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种；优选地，所述消泡剂选自牌号ST560、SPA102、SPA202、APP10、APP20中的至少一种。5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的核壳粒子环氧树脂预混物的制备方法，其特征在于，包括：1）将所述液体环氧树脂、偶联剂升温至25-50℃且搅拌反应0.1-1h，混合均匀得到混合物；2）将所述核壳粒子加入至所述混合物中，分散0.5-3h且在分散过程中添加消泡剂；接着三辊机研磨；然后搅拌机分散0.5-3h，得到黏度为3000-250000mPa•s的所述核壳粒子环氧树脂预混物；其中，所述液体环氧树脂、核壳粒子、偶联剂和消泡剂的重量比为60-99：1-40：0.01-...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁波，林正辉，高侠，李欣，覃兵，齐晓武，
申请(专利权)人：芜湖天道绿色新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34