一种预浸料用高韧性环氧树脂体系及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种预浸料用高韧性环氧树脂及其制备方法，要解决的技术问题是同时满足工艺和机械性能高要求，属于高分子聚合物技术领域。其特征在于：将热塑性树脂溶于双酚A型液体环氧树脂中，得a组分；将双酚A型液体环氧树脂与固化剂、促进剂在三辊研磨机中充分研磨，得b组分；将双酚A型固体环氧树脂、酚醛型环氧树脂、增韧型环氧树脂和a组分在双行星搅拌机中加热至120～160℃，充分搅拌得c组分；将c组分冷却至60～90℃，加入b组分，混合均匀后真空脱泡，制得预浸料用高韧性环氧树脂体系。本发明专利技术制备方法简便，树脂混合均匀、质量稳定，得到的树脂产品具有粘度适中、韧性高、耐热性好和机械强度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种预浸料用高韧性环氧树脂体系及其制备方法
本专利技术涉及一种高韧性的单组分环氧树脂体系及其制备方法，具体涉及一种碳纤维预浸料用高韧性的环氧树脂体系及其制备方法。
技术介绍
纤维预浸料是碳纤维最重要的应用领域之一，它是把基体树脂浸渍在碳纤维中制成片状的叠层材料，是复合材料的中间体。预浸料因具有密度小、强度高、抗腐蚀等特点而被视为金属材料的良好替代品，广泛应用于航天航空、建筑工业、电子电器、交通工业等各领域。在某些应用场合，如集装箱、交通运输等，难免会在使用过程中发生冲击碰撞，这就需要使用的材料具有一定抵抗形变的能力和良好的冲击韧性。作为碳纤维预浸料常用的树脂基体，环氧树脂具有粘接性能好、机械强度高等优点，但其交联固化后存在韧性差、耐疲劳和冲击强度低等缺点，难以满足复合材料在航空航天、交通运输等应用领域的高性能要求。为了提高预浸料用环氧树脂基体的韧性，国内外学者已进行了大量的改性研究工作，目前已形成了一系列的增韧方法，如橡胶弹性体、刚性粒子、核壳聚合物、热塑性树脂、液晶高分子等。专利CN201310032354提供了一种二聚酸改性环氧树脂增韧的中温固化预浸料，获得树脂体系对纤维的良好浸润效果，并提高了树脂对纤维的附着力和剥离强度。专利CN201410228267通过在环氧树脂体系中添加15～40%的热塑性树脂，得到了高韧性、可70℃固化的预浸料用环氧树脂体系。但是，仅采用单一的增韧手段，很难同时满足良好工艺性和高耐热、高机械性能等要求，如增韧型环氧树脂会降低树脂的模量和耐热性能、热塑性树脂会影响树脂的工艺性等。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种适合于碳纤维预浸料用的高韧性环氧树脂体系及其制备方法，将增韧型环氧树脂和热塑性树脂同时引入到环氧树脂体系中，以期最终获得工艺性和韧性、耐热、机械强度等均较好的预浸料用环氧树脂体系。为了达到以上目的，采用的技术方案是：一种预浸料用高韧性环氧树脂体系，包括以下组分：按质量份数计，双酚A型液体环氧树脂20～35份，双酚A型固体环氧树脂20～30份，酚醛型环氧树脂30～45份，增韧型环氧树脂5～15份，热塑性树脂2～10份，固化剂和促进剂6～10份。所述增韧型环氧树脂选自聚氨酯改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、聚醚改性环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂中的一种。所述热塑性树脂选自聚乙烯醇缩醛树脂、苯氧基树脂、聚酰亚胺和聚砜树脂中的一种。所述固化剂为双氰胺，所述促进剂为脲类衍生物，为3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲、苯基二甲脲、甲苯双二甲脲中的一种。一种预浸料用高韧性环氧树脂体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）在反应器中加入少量双酚A型液体环氧树脂NPEL-128和热塑性树脂，通氮气保护，加热升温至150～180℃，保温搅拌1～4小时，直至混合液澄清，得a组分；步骤2）取剩余的双酚A型液体环氧树脂，加热到50～70℃，加入固化剂和促进剂高速分散，然后在三辊研磨机中充分研磨，直至颗粒在树脂中分散均匀，无团聚现象，得b组分；步骤3）将双酚A型固体环氧树脂、酚醛型环氧树脂、增韧型环氧树脂和步骤1）制得的a组分依次加入到双行星搅拌机中，升温至120～160℃，以20～40r/min的公转和750～1500r/min的分散转速搅拌1～3小时，得c组分；步骤4）在容器内将步骤3）中的混合物c组分冷却至60～90℃，加入步骤2）制得的b组分，用双行星搅拌机以10～30r/min的公转和500～1000r/min的分散转速搅拌0.5～1.5小时，混合均匀后真空脱泡，制得预浸料用高韧性环氧树脂体系。步骤1）中所述双酚A型液体环氧树脂与热塑性树脂的用量比为2:1～4:1，反应器的温度为150～180℃。步骤2）中所述双酚A型液体环氧树脂与固化剂、促进剂的用量比为1.5:1～3:1。本专利技术的积极效果是：得到的环氧树脂体系，是一种无溶剂型单组分固体环氧树脂体系，组分混合均匀、真空脱泡，树脂质量稳定；具有粘度适中、对纤维浸润性好、韧性高、耐热性好、机械强度高等特点，符合碳纤维预浸料制造工艺要求，可用于对材料有高韧性要求的集装箱、交通运输等应用。具体实施方式下面结合实施例更详细地描述本专利技术，揭示本专利技术最佳实施方法，是为了使本领域的普通技术人员能够理解和实施本专利技术。但应当注意到本专利技术绝不限于下述实施例，基于本专利技术启示，任何显而易见的变换或者等同替代，也应当被认为是落入本专利技术的保护范围。实施例中，各组分除特别标明外，均以质量份数计。实施例1：称取8份双酚A型液体环氧树脂NPEL-128和2份苯氧基树脂置于反应器中，在氮气保护下加热升温至150℃，保温搅拌4小时，直至混合液变澄清后出料，冷却至室温得a组分；然后称取12份双酚A型液体环氧树脂NPEL-128预热至50～70℃，加入4份双氰胺固化剂和3份脲类衍生物促进剂苯基二甲脲粉末，用高速分散机分散均匀后，再在三辊研磨机中充分研磨，直至颗粒在树脂中分散均匀，无团聚现象，得b组分；之后将20份双酚A型固体环氧树脂NPES-904、45份酚醛型环氧树脂NPPN-638S、5份二聚酸改性环氧树脂EPD-172和10份a组分依次加入到双行星搅拌机中，升温至150℃，以20～40r/min的公转和750～1500r/min的分散转速进行搅拌1～3小时后，得c组分；最后将上述c组分冷却至60～90℃，加入19份b组分，在双行星搅拌机内以10～30r/min的公转和500～1000r/min的分散转速进行搅拌0.5～1.5小时，混合均匀后真空脱泡，制得预浸料用环氧树脂体系。上述预浸料用环氧树脂体系在70℃下的粘度为16000～18000mPa.s，140℃加热固化2小时后的固化物的玻璃化转变温度为130～135℃，拉伸强度为65～70MPa，拉伸模量为2.9～3.1GPa，断裂伸长率为3.2～3.6%，断裂韧性KIC值为3.4～3.7MPa.m1/2。实施例2：称取12份双酚A型液体环氧树脂NPEL-128和4份苯氧基树脂置于反应器中，在氮气保护下加热升温至160℃，保温搅拌3小时，直至混合液变澄清后出料，冷却至室温得a组分；然后称取12份双酚A型液体环氧树脂NPEL-128预热至50～70℃，加入4份双氰胺固化剂和4份脲类衍生物促进剂苯基二甲脲粉末，用高速分散机分散均匀后，再在三辊研磨机中充分研磨，直至颗粒在树脂中分散均匀，无团聚现象，得b组分；之后将30份双酚A型固体环氧树脂NPES-901、35份酚醛型环氧树脂NPPN-638S、10份聚氨酯改性环氧树脂EPU-133T和16份a组分依次加入到双行星搅拌机中，升温至150℃，以20～40r/min的公转和750～1500r/min的分散转速进行搅拌1～3小时后，得c组分；最后将上述c组分冷却至60～90℃，加入20份b组分，在双行星搅拌机内以10～30r/min的公转和500～1000r/min的分散转速进行搅拌0.5～1.5小时，混合均匀后真空脱泡，制得预浸料用环氧树脂体系。上述预浸料用环氧树脂体系在70℃下的粘度为15000～17000mPa.s，140℃加热固化2小时后的固化物的玻璃化转变温度为135～140℃，拉伸强度为70～75MPa，拉伸模量为3.0～3.2GPa，断裂伸长率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预浸料用高韧性环氧树脂体系，包括以下组分，其特征在于，按质量份数计，由双酚A型液体环氧树脂 20～35份，双酚A型固体环氧树脂20～30份，酚醛型环氧树脂 30～45份，增韧型环氧树脂 5～15份，热塑性树脂 2～10份，固化剂和促进剂 6～10份。

【技术特征摘要】
1.一种预浸料用高韧性环氧树脂体系，包括以下组分，其特征在于，按质量份数计，由双酚A型液体环氧树脂20～35份，双酚A型固体环氧树脂20～30份，酚醛型环氧树脂30～45份，增韧型环氧树脂5～15份，热塑性树脂2～10份，固化剂和促进剂6～10份。2.根据权利要求1所述的一种预浸料用高韧性环氧树脂体系，其特征在于，所述增韧型环氧树脂选自聚氨酯改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、聚醚改性环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂中的一种。3.根据权利要求1所述的一种预浸料用高韧性环氧树脂体系，其特征在于，所述热塑性树脂选自聚乙烯醇缩醛树脂、苯氧基树脂、聚酰亚胺和聚砜树脂中的一种。4.根据权利要求1所述的一种预浸料用高韧性环氧树脂体系，其特征在于，所述固化剂为双氰胺，所述促进剂为脲类衍生物，选自3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲、苯基二甲脲、甲苯双二甲脲中的一种。5.权利要求1所述的一种预浸料用高韧性环氧树脂体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）在反应器中加入少量双酚A型液体环氧树脂和热塑性树脂，通氮气保护，加热升温至150～180℃，保温搅拌1～4小时，直至混合液变澄...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓双辉，冯云龙，吕晓平，刘坐镇，
申请(专利权)人：华东理工大学华昌聚合物有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31