一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物制造技术

本发明专利技术属于材料领域，具体涉及一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，包含以下组分：双酚A环氧树脂100重量份；不饱和聚酯10~30重量份；碳链聚合物10~50重量份；填料5~50重量份；有机过氧化物0.2~2重量份。本发明专利技术的环氧树脂组合物于碳纤维界面结合力强，碳纤维增强得到的复合材料力学性能优异，固化收缩率低，产品尺寸精度高，并具有杀菌抗菌效果。

Epoxy resin composition for carbon fiber prepreg

The invention belongs to the field of materials, in particular to an epoxy resin composition for carbon fiber prepreg, comprising the following components: bisphenol A epoxy resin 100 parts by weight; unsaturated polyester 10-30 parts by weight; carbon chain polymer 10-50 parts by weight; filler 5-50 parts by weight; and organic peroxide 0.2-2 parts by weight. The epoxy resin composition of the invention has strong bonding force at the interface of carbon fiber, excellent mechanical properties of the composite reinforced by carbon fiber, low curing shrinkage, high dimensional accuracy of the product, and bactericidal and antibacterial effect.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物。技术背景环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于人们生产生活的各个领域，可以作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。碳纤维是含碳质量分数在90％以上的无机纤维材料，具有低密度、高比强度、高比模量、耐高温腐蚀、化学稳定性高等优点。用碳纤维作为增强材料来增强塑料，可以大幅度提高塑料的力学性能，特别是拉伸强度的提高，广泛用于航空航天和交通运输等领域。但是由于碳纤维主要由石墨基碳构成，具有天然的化学惰性，表面能较高，与树脂(特别是环氧树脂)的结合性差，界面结合力弱，导致复合材料的压缩、弯曲和层间剪切强度都比较低，影响材料性能的进一步提高，限制其应用范围。经过研究，人民发现可以通过对环氧树脂的改性，提高环氧树脂与碳纤维的界面结合力，从而提高复合材料的力学性能。中国专利CN107057283A公开了一种提高碳纤维环氧树脂界面结合力的方法，是通过在环氧树脂中添加氧化石墨烯、碳纳米管和异氰酸酯来提高环氧树脂和碳纤维的界面结合力和浸润效果，从而提高复合材料的弯曲强度和层间剪切强度。但是氧化石墨烯、碳纳米管在环氧树脂中的分散性差，需要经过超声处理，并且稳定性不够，不能长期保存。中国专利CN106046682A公开了一种提高环氧树脂纤维复合材料性能的方法，是通过在环氧树脂中添加埃洛石/碳纳米复合材料来改善环氧树脂和纤维的界面结合力，提高性能。这个方法存在埃洛石/碳纳米复合材料在环氧树脂中不易分散的问题，导致环氧树脂的储存和实用性存在不足。
技术实现思路
为了提高环氧树脂和碳纤维结合性，提高复合材料的弯曲强度和层间剪切强度，本专利技术提供了一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，包含有以下组分：双酚A环氧树脂100重量份；不饱和聚酯10～30重量份；碳链聚合物10～50重量份；填料5～50重量份；有机过氧化物0.2～2重量份。进一步的，所述不饱和聚酯由不饱和二元酸、饱和二元酸、三元酸、二元醇缩聚而成，且重量比为不饱和二元酸:饱和二元酸:三元酸:二元醇＝10:(5～10):(0.1～1):(10～20)。优选地，不饱和聚酯的制备原料中，所述不饱和二元酸选自中康酸、衣康酸中的一种或多种，所述饱和二元酸选自乙二酸或3-苯基戊二酸中的一种或多种，所述三元酸选自柠檬酸或丙三羧酸中的一种或多种，所述二元醇选自1,6-己二醇或二丙二醇中的一种或多种。进一步的，所述不饱和聚酯在25℃的粘度为1000～3000mPa·s。进一步的，所述碳链聚合物选自聚苯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯酯及其共聚物中的一种或多种。进一步的，所述碳链聚合物是聚乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯-聚马来酸酐嵌段共聚物或聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)嵌段共聚物中的一种或多种。进一步的，所述填料包含碳化硅、聚苯硫醚粉末、聚苯乙烯微球中的一种或多种，其中，所述聚苯乙烯微球是表面羧基化的交联聚苯乙烯微球。优选地，所述填料的粒径优选为10～1000nm，粒径分布小于1.3。进一步的，所述有机过氧化物包含过氧化环己酮、过氧化二乙酰中的一种或多种。进一步的，所述的碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，还含有自由基抑制剂2-甲氧基苯酚。同时，本专利技术中，还包含由上述碳纤维预浸料用环氧树脂组合物固化而成的固化物、以及碳纤维增强复合材料，由上述环氧树脂组合物浸渍到碳纤维中得到的预浸料以及预浸料固化形成的碳纤维增强材料。有益效果：本专利技术的环氧树脂组合物于碳纤维界面结合力强，碳纤维增强得到的复合材料力学性能优异，固化收缩率低，产品尺寸精度高，并具有杀菌抗菌效果。具体实施方式以下，对本专利技术的环氧树脂组合物、碳纤维预浸料和碳纤维增强复合材料进行详细的说明。本专利技术环氧树脂组合物中双酚A环氧树脂是由双酚A与环氧氯丙烷在碱性条件下缩合制成的高分子化合物，是树脂的主要成分，具有良好的物理力学性能、耐高温、耐化学药品性、电气绝缘性能。不饱和聚酯是由多元酸和多元醇缩聚而成的含有不饱和双键的聚酯。可以由任何一种公知不饱和多元酸或不饱和多元醇经过缩聚反应生成，不饱和多元酸具体例子如马来酸、富马酸、柠康酸、中康酸、2-甲基丁烯二酸、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、衣康酸等，不饱和多元醇具体例子如三羟甲基丙烷二烯丙基醚。不饱和聚酯有优异的加工性能和耐腐蚀性，并且价格较环氧树脂便宜，来源广泛。但是不饱和聚酯力学性能较环氧树脂差、固化收缩率较大，因此不饱和聚酯的添加量不宜太多，优选为15～20重量份。本专利技术所述不饱和聚酯由不饱和二元酸、饱和二元酸、三元酸、二元醇缩聚而成，且重量比为不饱和二元酸:饱和二元酸:三元酸:二元醇＝10:(5～10):(0.1～1):(10～20)。其中，不饱和二元酸可以列举为马来酸、富马酸、柠康酸、中康酸、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、衣康酸等。优选为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、中康酸、衣康酸；更优选为衣康酸。饱和二元酸可以控制不饱和聚酯树脂的不饱和度，控制环氧树脂的性能。本专利技术所用饱和二元酸是公知的饱和二元酸，可列举邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、氯桥酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、四氯邻苯二甲酸、四溴邻苯二甲酸、内亚甲基四氢邻苯二甲酸、3-苯基戊二酸等，也可以是它们一种或多种的混合物。优选为乙二酸、己二酸、邻苯二甲酸、氯桥酸、琥珀酸、3-苯基戊二酸中一种或多种，更优选为3-苯基戊二酸。优选的，饱和二元酸与不饱和二元酸重量比为(6～8)：10。三元酸可以是本领域公知的三元酸，可以与多个二元醇、有机过氧化物、环氧树脂反应而提高交联固化速率，提高环氧树脂组合物固化后的性能。具体如偏苯三酸、均苯三酸、丙三羧酸、柠檬酸、氨三乙酸等，从优秀性能的角度出发，优选丙三羧酸，为了得到综合性能优异的环氧树脂组合物，优选地，三元酸与不饱和二元酸重量比为(0.3～0.7)：10。二元醇可以使用该领域中公知的二元醇，可举例为乙二醇、丙二醇、新戊二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、戊二醇、己二醇等，从优秀性能的角度出发，优选丙二醇、己二醇、新戊二醇、戊二醇、二丙二醇中的一种或多种。为了得到综合性能优异的环氧树脂组合物，优选地，二元醇与不饱和二元酸重量比为(13～18)：10。不饱和聚酯可以使用上述原料的种类和用量，通过公知的方法合成。该合成中的各种条件按照原料的种类和用量进行设定。通常为，在氮气等惰性气体氛围中，在用有机金属盐做催化剂下，与140～230℃温度下加压或减压下酯化得到。具体的催化剂可以列举乙酸锰、草酸亚锡、乙酸锌、乙酸钴等中的一种或多种。进一步，为了保证不饱和聚酯有更好的相容性和加工性能，优选不饱和聚酯的在25℃的粘度为1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，其特征在于，包含以下组分：双酚A环氧树脂100重量份；不饱和聚酯10~30重量份；碳链聚合物10~50重量份；填料5~50重量份；有机过氧化物0.2~2重量份。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，其特征在于，包含以下组分：双酚A环氧树脂100重量份；不饱和聚酯10~30重量份；碳链聚合物10~50重量份；填料5~50重量份；有机过氧化物0.2~2重量份。2.根据权利要求1所述的碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，其特征在于，所述不饱和聚酯由不饱和二元酸、饱和二元酸、三元酸、二元醇缩聚而成，且重量比为不饱和二元酸:饱和二元酸:三元酸:二元醇=10:（5~10）:（0.1~1）:（10~20）。3.根据权利要求2所述的碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，其特征在于，不饱和聚酯的制备原料中，所述不饱和二元酸选自中康酸或衣康酸中的一种或多种，所述饱和二元酸选自乙二酸或3-苯基戊二酸中的一种或多种，所述三元酸选自柠檬酸或丙三羧酸中的一种或多种，所述二元醇选自1,6-己二醇或二丙二醇中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的碳纤维预浸料用环氧树脂组合物，其特征在于，所述不饱和聚酯在25℃的粘度为1000~3000mPa·s。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵清新，严兵，郎鸣华，何定军，刘圣强，刘腾达，刘成，
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