一种不饱和树脂组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种碳纤维增强的不饱和树脂组合物，包含作为基体材料的不饱和树脂组分A，碳纤维组分B和具有核壳结构的组分C，组分B和C均匀分散于组分A中，其中，不饱和树脂组分A还含有引发剂，组分C可分为高温部分C1和低温部分C2两种，高温部分C1具有三层核壳包覆结构，包括作为内核的组分X，作为中间部分的功能材料Y1和作为包覆材料的Z1；低温部分C2具有三层核壳包覆结构，包括作为内核的组分X，作为中间部分的功能材料Y2和作为包覆材料的Z2。本发明专利技术提供的不饱和树脂组合物，可以将引发剂、促进剂和不饱和树脂存放于一起，方便储存、运输和施工。

【技术实现步骤摘要】
一种不饱和树脂组合物及其制备方法
本专利技术涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种碳纤维增强的不饱和树脂组合物及其制备方法。
技术介绍
复合材料是指将两种或两种以上的不同材料，通过适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料优越。主要特点是不仅保持其原组分的部分优点，而且还具有原组分不具备的特点。复合材料区别于单一材料的另一个显著特点是材料的可设计性。复合材料的这些特性让其成为一类性能优秀的新型材料。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维复合材料具有优良胜能，其中碳纤维短丝增强复合材料，由于成型工艺简单，制备成本低廉等特点，具有良好的应用前景。不饱和树脂是由饱和或不饱和二元酸与饱和或不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。不饱和树脂能通过其不饱和双键与其他含有双键基团的交联剂反应形成三维网络状的热固性塑料。因为其具有优异的力学性能、耐热性能、化学稳定性等特性，所以作为基体被广泛应用于先进复合材料中。但是不饱和树脂固化物脆性大、耐冲击、耐开裂、耐疲劳等性能差，难以满足先进复合材料在高端领域的要求，其应用一直受到限制，因此需要对不饱和树脂的复合改性，提高不饱和树脂固化物的韧性。目前行业上用于碳纤维/不饱和树脂复合材料的不饱和树脂组合物，存在很多缺点，例如：1)由于不饱和树脂是热固性材料，需要将树脂、引发剂和促进剂分开储存运输，在使用时再混合使不饱和树脂固化，这样就给运输和施工带来了很多困难；2)复合材料中存在的碳纤维，存在和不饱和树脂之间的界面粘接力较差的问题，在树脂被破坏的时候二者的结合往往也会随之破坏；3)由于不饱和树脂固化后一般脆性较大，所以复合材料也会表现出抗冲击、耐开裂性能差的缺点；4)同一种碳纤维不饱和树脂复合材料的固化条件是一定的，受到不饱和树脂和固化剂的种类和含量影响，不能同时满足多种施工条件下的要求。专利CN201410352551.4公开了一种碳纤维粉末的表面改性方法，通过对碳纤维粉末进行表面氧化处理来提高碳纤维粉末与基体树脂的界面粘结性，解决碳纤维粉末润湿性差，分散效果不佳和复合基体树脂时界面结合能力差等缺点，提高了碳纤维的韧性和耐冲击能力，应用更加广泛，但碳纤维的化学稳定性好，氧化改性效果不够明显，对碳纤维复合材料的韧性和耐冲击能力提高不大，不能运用于高端领域。因此，还需要进一步改善碳纤维增强不饱和树脂复合材料的强度和韧性。
技术实现思路
本专利技术提供的不饱和树脂组合物及其制备方法，从不饱和树脂材料的本质上做了一些修改，制备了一种完全新型的复合材料，改变了传统复合材料的使用方法，并改善了最终固化产物的性能。性能提升体现在：1)首先，本专利技术提供的不饱和树脂组合物，其功能材料Y1或Y2中的促进剂通过包覆剂Z1或Z2包覆，可以直接存在于复合材料基体中，无需分开存放与运输，施工时只需提供简单的条件即可实现固化，使用非常方便；2)其次，在组分C1和C2所分别包含的的功能材料组分Y1和Y2中，加入了特定的偶联剂，从而可以增强碳纤维和树脂基体之间的界面作用力，改善复合材料抵抗破坏的能力；3)再次，存在于组分C1和C2中的内核X，选用的是橡胶颗粒弹性体，在树脂基体被破坏时可以终止裂纹发展，从而提高复合材料的耐用性和韧性；4)最后，组分C分为两种不同的高温组分C1和低温组分C2，只需提供固化条件，即可实现在不同的固化温度下，以不同的固化速度完成固化反应，可以同时满足不同的施工条件要求。具体而言，例如对于产品尺寸精度要求比较高时，固化产物的尺寸收缩应该尽量小，则希望材料能以较慢的速度发生固化反应，这时只需提高较低的温度条件，使低温部分C2发生作用即可，在固化后期再升温使高温部分C1发生作用，即可实现缓慢固化；而对于施工进度要求较高时，则希望材料可以较快完成固化反应，此时可以直接提供较高的固化温度，使高温部分C1和低温部分C2同时发生作用，即可实现快速固化。所述的固化产物尺寸收缩即固化收缩率，按照国标GB/T24148.9-2014进行测定。本专利技术提供了一种不饱和树脂组合物，由A、B、C三部分组成，其中组分A为不饱和树脂组分，作为复合材料的基体材料。所述基体材料指的是复合材料中作为连续相的材料。基体材料起到粘结作用，均衡载荷，分散载荷，保护增强相的作用。组分B为碳纤维组分，作为复合材料的增强材料，增强材料在复合材料结构中主要起承受载荷的作用。组分C是具有核壳结构的成分，也分散在基体材料A中。组分C中包含有一些特殊成分，用于对材料的性能做一些改进。为了得到具有上述结构的不饱和树脂组合物，选用了一系列具有代表性的物质用做基体材料A。常见的不饱和树脂，例如顺丁烯二酸型不饱和树脂、顺丁烯二酸酐型不饱和树脂、邻苯型不饱和树脂、间苯不饱和树脂、双酚A型不饱和树脂、卤代不饱和树脂、乙烯基酯树脂，在经过行业上的一般处理后均可以用作不饱和树脂组合物的基体相。其中不饱和树脂应该具有的数均分子量为500～5000，优选为1500～4000。所述数均分子量，可以用凝胶色谱法进行测定。进一步的，不饱和树脂中还含有热塑性树脂、小分子多元醇、多元酸、一元醇、一元酸中的一种多多种。其中，热塑性树脂可以降低不饱和树脂的固化体积收缩率，可以是已知的任何一种热塑性树脂，具体举例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。小分子多元醇、多元酸、一元醇、一元酸可以调节不饱和树脂的粘度、树脂和纤维的界面相容性以及交联固化速率，提高不饱和树脂复合材料的性能。小分子多元醇、多元酸、一元醇、一元酸可以是已知的任何一种，举例如乙酸、2,4-二甲基-2-戊烯二酸、2,5-二甲基-2-己烯二酸、2-庚烯二酸、3-庚烯二酸、柠康酸、马来酸中康酸、衣康酸、乙二酸、己二酸、邻苯二甲酸、氯桥酸、琥珀酸、3-苯基戊二酸、丙三羧酸、偏苯三酸、均苯三酸、丙二醇、己二醇、新戊二醇、戊二醇、二丙二醇、乙醇、丙醇、苯甲酸、苯甲醇等中的一种或多种。同时，这些物质的添加量并无特殊要求，可以按需进行添加，以满足应用要求为准。进一步的，不饱和树脂组分A还含有引发剂。引发剂是一类在一定条件下可以产生初级自由基的物质，初级自由基与不饱和树脂形成单体自由基而发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。所述的引发剂的1min半衰期温度大于150℃，进一步优选1min半衰期温度大于170℃、小于200℃的引发剂。1min半衰期温度在此范围内，便于添加促进剂以控制不饱和树脂固化温度，本专利技术的不饱和树脂组合物适用于不同的施工环境，运用更加广泛。当引发剂的1min半衰期温度过高或过低都不利于控制不饱和树脂组合物的固化温度。具体的说，所述的引发剂是二特丁基过氧化物、特丁基异丙苯基过氧化物、特丁基过氧化苯甲酸酯、特丁基过氧化烯丙基碳酸氢酯中的一种或多种，优选为特丁基过氧化苯甲酸酯、特丁基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不饱和树脂组合物，其特征在于，其包含作为基体材料的不饱和树脂组分A，碳纤维组分B和具有核壳结构的组分C，其中组分B和C均匀分散于组分A中，且组分C中至少含有作为内核的组分X和作为包覆材料的Z。

【技术特征摘要】
1.一种不饱和树脂组合物，其特征在于，其包含作为基体材料的不饱和树脂组分A，碳纤维组分B和具有核壳结构的组分C，其中组分B和C均匀分散于组分A中，且组分C中至少含有作为内核的组分X和作为包覆材料的Z。2.根据权利要求1所述的不饱和树脂组合物，其特征在于，所述的不饱和树脂组分A选自顺丁烯二酸型不饱和树脂、顺丁烯二酸酐型不饱和树脂、邻苯二甲酸型不饱和树脂、间苯二甲酸型不饱和树脂、双酚A型不饱和树脂、卤代不饱和树脂、乙烯基酯树脂中的一种或多种，且组分A的数均分子量为500～5000。3.根据权利要求1或2所述的不饱和树脂组合物，其特征在于，所述的不饱和树脂组分A还含有引发剂，所述的引发剂是二特丁基过氧化物、特丁基异丙苯基过氧化物、特丁基过氧化苯甲酸酯、特丁基过氧化烯丙基碳酸氢酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的不饱和树脂组合物，其特征在于，所述的碳纤维组分B为碳纤维粉末，长度为10～200μm。5.根据权利要求1所述的不饱和树脂组合物，其特征在于，所述的组分C，可分为高温部分C1和低温部分C2两种，其中，所述的高温部分C1具有三层核壳包覆结构，包括作为内核的组分X，作为中间部分的功能材料Y1和作为包覆材料的Z1；所述的低温部分C2具有三层核壳包覆结构，包括作为内核的组分X，作为中间部分的功能材料Y2和作为包覆材料的Z2。6.根据权利要求5所述的不饱和树脂组合物，其特征在于，所述高温部分C1和低温部分C2中的组分X选自全硫化羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、丁苯橡胶、羧基丁苯橡胶、丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁吡橡胶中的一种或多种，且所述组分X是具有粒径介于50-300nm的微粒。7.根据权利要求5-6任一项所述不饱和树脂组合物，其特征在于，所述高温部分C1中的功能材料Y1包括促进剂和钛酸酯偶联剂两部分，其中，所述促进剂选自三氯化钛、四氯化钛、氟钛酸钾、钛酸四异丙酯、钛酸异丁酯中的一种或多种；所述钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵清新，严兵，郎鸣华，何定军，张林强，刘腾达，刘圣强，刘成，钱馨馨，郭海军，
申请(专利权)人：江苏澳盛复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32