一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法，属于纤维增强树脂基复合材料技术领域。该紫外光固化树脂组合物的配方中各原料组成及组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-0.7份，光敏剂0-1份，活性稀释剂0-35份，添加剂0-30份。本发明专利技术的紫外光固化树脂组合物在紫外光辐照下，引发阳离子聚合反应，然后将其迅速注入已经铺放好碳纤维增强材料的模具中，进行固化反应，脱模可得到纤维增强树脂基复合材料制品。本发明专利技术可以解决RTM成型工艺中能耗高、耗时较长的劣势。以该组合物为基体相的纤维增强树脂基复合材料抗拉强度好，固化不受纤维铺设层数及增强纤维透光性能的影响。

Method for quickly preparing fiber reinforced resin matrix composite material by light curing

The invention relates to a method for rapidly preparing fiber reinforced resin matrix composite material by light curing, which belongs to the technical field of fiber reinforced resin matrix composite material. Composition and component weight as raw materials of the UV curable resin composition formula: epoxy resin 90-110, cationic photoinitiator 0.1-0.7, photosensitizer 0-1, active diluent 0-35, additive 0-30. The invention of the UV curable resin composition under ultraviolet light irradiation, initiated cationic polymerization, and then the rapid injection has laid good carbon fiber reinforced materials in mold, curing reaction, release products can be obtained for fiber reinforced resin composites. The invention can solve the disadvantages of high energy consumption and long time consumption in the RTM molding process. The fiber reinforced resin matrix composite with the composition as matrix phase has good tensile strength, and the curing is not influenced by fiber laying layer number and fiber transmission performance.

【技术实现步骤摘要】
一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法
本专利技术涉及纤维增强树脂基复合材料
，具体地说是利用紫外光固化反应简单便捷、能耗低的特点来制备纤维增强树脂基复合材料的一种方法。
技术介绍
纤维增强复合材料具有轻质高强、可设计性强、抗疲劳性能好、易实现多部件一体化等特点，在现代工业上得到了大量的应用。随着我国碳纤维生产规模的扩大，在逐步满足国内航空航天等高精尖领域的需要后，碳纤维在工业领域的应用开发就成为碳纤维及其复合材料完整产业链亟待解决的问题。目前，制约碳纤维应用规模的首要因素是其昂贵的价格，其次是加工成型过程中的时间成本。碳纤维增强复合材料的生产过程也是制品的生产过程，生产工艺水平直接影响最终产品的性能。以RTM成型工艺为例，首先将与制品形状相近的碳纤维增强材料放入模具中，然后带压注入热固性树脂，同时将模具在80～180℃下保持一段时间，进行充分的固化反应，最后脱模修边，最终得到制品。可以看出，能耗高、耗时较长始终是碳纤维增强复合材料制造过程中的劣势，这不但增加了材料的制造成本，还与当今绿色环保、可持续发展的理念相背离，严重制约了它的进一步扩大应用。与热固化反应相比，紫外光固化反应简单、便捷高效，其能耗仅是热固化反应的十分之一到五分之一，运营维护成本低，它已经被广泛地应用于各个生产领域中。目前，光固化技术在复合材料RTM中的应用，主要是将热引发剂替换成光引发剂，使用紫外光固化来制备复合材料，同时将RTM中传统的模具替换成透光模具，在成型过程中实现紫外光引发。但与传统的热固化工艺相比，该技术限制了模具材质以及成型产品的厚度尺寸，提高了模具成本，同时，为了满足均匀固化的要求，复合材料最终产品的类型和形状均受到限制，这使光固化技术在复合材料中的应用无法得到广泛地推广。因此，如何能够利用光固化的节能特性，又能克服光固化自身的透光深度的局限，是目前人们所关心的问题。在碳纤维增强复合材料中，由于碳纤维等材料的加入，体系中光的透过是有限制的，对于光无法穿透或照射到的部分，光固化反应很难进行。但对于复合材料来说，必须保证有一定厚度才具备相当的机械性能。阳离子光引发剂经光照后，产生的引发活性碎片有质子酸和自由基，其中质子酸起主要引发作用。众所周知，在阳离子光聚合中，带有同性电荷的鎓盐离子和高分子碳正离子由于同性排斥，不能互相反应，因此不能发生双基终止，此时如果不向体系中加入额外的链终止剂，链终止反应很难发生。阳离子活性中心的寿命很长，如果在阳离子光聚合反应发生后将光源切断，体系中的链增长反应仍可以继续进行，通过一段时间的室温(或低温)后固化反应即可达到较为完全的聚合转化。本专利技术利用阳离子光固化反应体系可以后固化的特点，采用RTM快速成型工艺，制备碳纤维增强复合材料，这为降低整个复合材料制造过程中的能耗奠定了基础，达到了绿色发展、低碳及可持续发展的目的。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种利用紫外光固化反应简单便捷、能耗低的特点来制备纤维增强树脂基复合材料的一种方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：(1)、一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征如下：用紫外灯辐照混有光引发剂等原料的紫外光固化树脂组合物，然后将其迅速注入已经铺放好碳纤维增强材料的模具中，进行固化反应，脱模可得到制品。(2)本专利技术提供一种紫外光固化树脂组合物，其配方中原料组成及各组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-0.7份，光敏剂0-1份，活性稀释剂0-35份，(甲基)丙烯酸酯5-40份，添加剂0-30份。(3)所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或多种，如E44环氧树脂、E51环氧树脂、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、环氧改性有机硅树脂中的一种或多种。(4)所述阳离子光引发剂为碘鎓盐、硫鎓盐中的一种或多种，如4,4-二甲基-二苯基碘鎓六氟磷酸盐、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基硫鎓六氟磷酸盐中的一种或多种。(5)所述光敏剂为α,α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，二苯酮，安息香甲醚，安息香异丙基醚，安息香丁醚，苯偶酰，米蚩酮，硫杂蒽酮中的一种或多种。加入光敏剂，可以提高阳离子光引发剂的引发效率。(6)所述活性稀释剂为环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷苯基醚、丙烯基缩水甘油醚、双缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚中的一种或多种。加入活性稀释剂，可以调节环氧树脂的黏度，改善工艺系统的可操作性。(7)所述添加剂为粉末或颗粒形式的填料、颜料、纳米填料中的一种或多种，如氧化铝、玻璃、陶瓷、石英、气相二氧化硅等粉末或颗粒形式的填料或炭黑或钛白等颜料，还可以加入纳米填料，比如纳米二氧化硅，纳米尼龙纤维等。加入填料，既可以提高所形成固化物的强度，减少固化的体积收缩，又能调节环氧树脂的黏度，改善操作工艺性。本专利技术提供一种利用紫外光固化反应简单便捷、能耗低的特点来制备纤维增强树脂基复合材料的方法，所述的纤维增强复合材料由上述紫外光固化树脂组合物基体相混合纤维增强相后制备得到，所述纤维增强相为碳纤维布或者玻璃纤维布，其中每100重量份纤维增强树脂基复合材料中含有40-75重量份的紫外光固化树脂组合物。与现有技术相比，本专利技术的紫外光固化树脂组合物及其纤维增强树脂基复合材料的有益效果是：(1)本专利技术的树脂体系经过紫外光照后产生阳离子活性中心，活性中心通过分散设备的作用可均匀地分散在整个固化体系中，这能使整个不透光体系均匀固化。并且，该反应简单便捷，成本及能耗低。(2)本专利技术以该组合物为基体相的纤维增强树脂基复合材料抗拉强度好，固化不受纤维铺设层数及树脂基复合材料增强相透光性能的影响。铺设6层碳纤维增强相的树脂基复合材料在3～40分钟内即可完成一次性快速深层固化。具体实施例下面结合实施例对本专利技术所述一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法作以下详细地说明。实施例1将玻璃纤维增强材料铺入到已闭模的模腔内，按照质量配比混合原材料，E44环氧树脂质量份数90份，4,4-二甲基-二苯基碘鎓六氟磷酸盐0.5份。混合料经紫外光光照后，通过注射机在真空辅助下将其注入已合理铺放好纤维增强体的闭合模中，用压力将液态树脂注入模腔，用真空对周边进行密封和合模，浸润玻璃纤维增强材料，然后经固化、脱模后形成产品。实施例2本实施例中配方为：E51环氧树脂100份、三苯基硫鎓盐0.1份，其余制备工艺与实施例1相同。实施例3本实施例中配方为：3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯110份、二苯基碘鎓六氟磷酸盐0.4份、二苯基-(4-苯基硫)苯基硫鎓六氟磷酸盐0.3份，其余制备工艺与实施例1相同。实施例4本实施例中配方为：双((3,4-环氧环己基)甲基)己二酸酯50份、E51环氧树脂55份、二苯基-(4-苯基硫)苯基硫鎓六氟磷酸盐0.1份、环氧丙烷苄基醚35份，其余制备工艺与实施例1相同。实施例5称取E51环氧树脂55g、环氧改性有机硅树脂环氧树脂ES-0640g、三苯基硫鎓盐0.5g,将它们加入到反应容器中混合，搅拌均匀，得紫外光固化树脂组合物。本实施例的紫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征如下：用紫外灯辐照混有光引发剂等原料的紫外光固化树脂组合物，然后将其迅速注入已经铺放好碳纤维增强材料的模具中，进行固化反应，脱模可得到制品。

【技术特征摘要】
1.一种光固化快速制备纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征如下：用紫外灯辐照混有光引发剂等原料的紫外光固化树脂组合物，然后将其迅速注入已经铺放好碳纤维增强材料的模具中，进行固化反应，脱模可得到制品。2.根据权利要求1所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于其配方中原料组成及各组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-0.7份，光敏剂0-1份，活性稀释剂0-35份，添加剂0-30份。3.根据权利要求2所述的紫外光固化树脂组合物，其特征在于所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂、环氧改性有机硅树脂中的一种或多种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金梁，简凯，聂俊，李东兵，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32