一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及环氧树脂技术领域，具体涉及一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料及其制备方法，所述纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将环氧树脂、表面活性剂、发泡剂、增强纤维、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅和第一部分扩链剂在有机溶剂中混合均匀，然后在50～80℃下反应30～180min，得到复合乳液；(2)在复合乳液中加入粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅和第二部分扩链剂，然后在60～90℃下反应60～120min，再加入固化剂，得到预产物；(3)对预产物进行热处理，得到纤维增强发泡环氧树脂复合材料。根据本发明专利技术的方法制备得到的纤维增强环氧树脂复合材料具有质量轻、强度高、隔音效果好的特点，在汽车车体材料上具有广阔的应用前景。

Fiber reinforced foaming epoxy resin composite material and preparation method thereof

The invention relates to the technical field of epoxy resin, in particular to a fiber reinforced foamed epoxy resin composite material and a preparation method thereof. The preparation method of the fiber reinforced foamed epoxy resin composite material comprises the following steps: (1) epoxy resin, surfactant, foaming agent, reinforcing fiber, particle size 100-300 nano. The amino modified silica and the first chain extender of rice were mixed evenly in organic solvents, and then reacted at 30 to 180min at 50~80 degrees to obtain the composite emulsion. (2) in the composite emulsion, the amino modified silica and the second part chain extender with 50~100 nanometer diameter were added, and then the reaction was 60 to 120min at 60~90 degrees Celsius. Pre-products were obtained by adding curing agent. (3) Fiber reinforced foamed epoxy resin composites were obtained by heat treatment of pre-products. The fiber reinforced epoxy resin composite prepared by the method according to the invention has the characteristics of light weight, high strength and good sound insulation effect, and has broad application prospects in automobile body materials.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料及其制备方法
本专利技术涉及环氧树脂
，具体涉及一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，汽车轻量化已经成为当下汽车领域发展的重点方向，轻量化技术不仅能够有效的解决其环境污染的问题，实现节能减排的目标，还很大程度上降低了汽车制造的成本，相比于现在的所使用的汽车而言具有很大的经济效益。目前，汽车轻量化的方法主要包括采用轻质材料和降低门板的截面。降低门板的截面也就是降低门板的厚度，虽然能够降低汽车的整体重量，但是也会导致汽车门板的强度降低，在碰撞时，会产生严重形变，降低了汽车的安全性。采用轻质材料是指采用质量轻、强度大的材料替代目前车门的的钢制材料，目前，常用的轻质材料有铝合金型材、高强度复合树脂和碳纤维材料。其中，高强度树脂凭借自身比重小、隔音隔热、耐腐蚀、吸收冲击能量、比强度高、成本低、易加工、装饰效果好等诸多优点，已然成为汽车轻量化中轻质材料的发展趋势。环氧树脂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的特点，但是环氧树脂的强度还不足以支撑汽车在高速行驶时产生的应变力，在汽车高速行驶尤其是发生碰撞时，极易产生车门断裂的现象，安全系数低，且现有技术中环氧树脂的隔音效果差。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一是提供一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，它具有轻质、强度高和隔音效果好的特点，能够制成汽车门板使用。本专利技术的目的之二是提供一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料。为了实现上述目的，本专利技术提供一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将环氧树脂、表面活性剂、发泡剂、增强纤维、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅和第一部分扩链剂在有机溶剂中混合均匀，然后在50～80℃下反应30～180min，得到复合乳液；(2)在复合乳液中加入粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅和第二部分扩链剂，然后在60～90℃下反应60～120min，再加入固化剂，混合均匀，得到预产物；(3)对预产物进行热处理：将预产物在压力为100～300MPa、温度为130～200℃下处理5～25min，然后冷却至室温后，得到纤维增强发泡环氧树脂复合材料。本专利技术还提供一种根据上述方法制备得到的纤维增强发泡环氧树脂复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：(1)通过大粒径的二氧化硅和增强纤维的配合使用，可以在环氧树脂内部形成增强骨架，提高环氧树脂的韧性和强度，并将发泡剂包覆在环氧树脂内部，再加入小粒径的改性纳米二氧化硅，并使小粒径的改性分散到环氧树脂内部的空隙中，提高环氧树脂的密实度，从而提高环氧树脂的强度。(2)将预聚体在高压下进行热分解反应，使预聚体受到较强的外压，减缓预聚体内气体的逸出，降低发泡剂的分解速度，降低气泡的生成速率，提高气孔大小的均匀性，从而提高发泡环氧树脂复合材料隔音减震的效果。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。为了提高环氧树脂的强度、并获得轻质和隔音效果好的环氧树脂，在本专利技术中提供了一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料，所述纤维增强发泡环氧树脂复合材料由原料组合物制成，以所述环氧树脂100重量份为基准，所述原料组合物包括：环氧树脂100重量份、增强纤维25～50重量份、粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅5～20重量份、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅10～15重量份、发泡剂3～10重量份、扩链剂2～6重量份、表面活性剂1～5重量份、固化剂5～15重量份、有机溶剂60～180重量份。根据本专利技术，通过将两种粒径不同的氨基改性二氧化硅复合使用，较大粒径的氨基改性二氧化硅能够与增强纤维配合，在环氧树脂内部形成增强骨架，较小粒径的氨基改性二氧化硅能够填补环氧树脂中的孔隙，提高环氧树脂的密实度，从而提高环氧树脂的机械强度。根据本专利技术，氨基改性二氧化硅的表面含有大量的氨基官能团，能够与环氧树脂分子链上的官能团发生反应，使改性氨基改性二氧化硅与环氧树脂之间以化学键的形成连接，从而提高二氧化硅与环氧树脂之间的结合力，且能够均匀的分散在环氧树脂中，不仅能够显著提高环氧树脂体系的强度，同时也提高了环氧树脂的均匀性。根据本专利技术，通过发泡环氧树脂与发泡剂混合使用，能够降低材料整体的质量，还能够产生环氧树脂泡沫，能够阻挡外力和声音的传播，从而起到缓冲外力、减震和隔音降噪的作用。根据本专利技术，为了进一步优化环氧树脂的综合性质，优选情况下，以环氧树脂的重量为100计，由包括以下重量份的原料制成：环氧树脂100重量份、增强纤维25～50重量份、粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅5～20重量份、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅10～15重量份、发泡剂3～10重量份、扩链剂2～6重量份、表面活性剂1～5重量份、固化剂5～15重量份、有机溶剂60～180重量份。根据本专利技术，氨基改性二氧化硅表面的氨基能够与环氧树脂表面的官能团发生化学反应，因此二氧化硅表面上氨基的含量也是影响二氧化硅与环氧树脂结合度的因素之一，氨基的含量低，则会导致二氧化硅与环氧树脂的结合力高；氨基的含量高，又会对环氧树脂表面的官能团造成了过度消耗，使环氧树脂的交联度降低。优选情况下，所述粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅表面的氨基含量为0.5～1.1mmol/g；进一步优选的，所述粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅的氨基含量为0.3～0.6mmol/g。根据本专利技术，为了使环氧树脂之间以及环氧树脂与氨基改性二氧化硅之间具有良好的交联度，优选情况下，所述环氧树脂选自三聚氰胺环氧树脂、酚醛型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚H型环氧树脂、多官能缩水甘油醚型环氧树脂、多官能缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种。根据本专利技术，增强纤维能够提高环氧树脂的耐折强度和抗冲击强度，优选情况下，所述增强纤维选自硫酸钙晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、碳化硼晶须、二氧化锆晶须、氮化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸镁晶须和氮化硅晶须中的至少一种。根据本专利技术，为了进一步优化环氧树脂的强度，优选情况下，所述增强纤维的直径为50～150纳米，长度为3～12微米。根据本专利技术，发泡剂能够在高温下发生热分解而在环氧树脂内部形成气泡，从而形成发泡环氧树脂，由于环氧树脂在高温下会发生碳化反应，因此，本专利技术所选用的发泡剂的分解温度应当低于环氧树脂的碳化温度。优选情况下，所述发泡剂选自4,4-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、N,N’-二亚硝基五次甲基四胺中的至少一种。根据本专利技术，优选情况下，所述扩链剂选自脂肪族二醇、芳香族二醇、胺基扩链剂中的至少一种，所述脂肪族二醇选自乙二醇、1,3-丁二醇、1,10-葵二醇、1,4-环己二醇、1,8-辛二醇、新戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,4-二乙基-1,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，用于制备所述纤维增强发泡环氧树脂复合材料的原料组合物包括：环氧树脂、增强纤维25～50、粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅、发泡剂、扩链剂、表面活性剂、固化剂及有机溶剂，其特征在于，包括以下步骤：(1)将环氧树脂、表面活性剂、发泡剂、增强纤维、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅和第一部分扩链剂在有机溶剂中混合均匀，然后在50～80℃下反应30～180min，得到复合乳液；(2)在复合乳液中加入粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅和第二部分扩链剂，然后在60～90℃下反应60～120min，再加入固化剂，混合均匀，得到预产物；(3)对预产物进行热处理：将预产物在压力为100～300MPa、温度为130～200℃下处理5～25min，然后冷却至室温后，得到纤维增强发泡环氧树脂复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，用于制备所述纤维增强发泡环氧树脂复合材料的原料组合物包括：环氧树脂、增强纤维25～50、粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅、发泡剂、扩链剂、表面活性剂、固化剂及有机溶剂，其特征在于，包括以下步骤：(1)将环氧树脂、表面活性剂、发泡剂、增强纤维、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅和第一部分扩链剂在有机溶剂中混合均匀，然后在50～80℃下反应30～180min，得到复合乳液；(2)在复合乳液中加入粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅和第二部分扩链剂，然后在60～90℃下反应60～120min，再加入固化剂，混合均匀，得到预产物；(3)对预产物进行热处理：将预产物在压力为100～300MPa、温度为130～200℃下处理5～25min，然后冷却至室温后，得到纤维增强发泡环氧树脂复合材料。2.根据权利要求1所述的纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，其中，以所述环氧树脂100重量份为基准，所述原料组合物包括：环氧树脂100重量份、增强纤维25～50重量份、粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅5～20重量份、粒径为100～300纳米的氨基改性二氧化硅10～15重量份、发泡剂3～10重量份、扩链剂2～6重量份、表面活性剂1～5重量份、固化剂5～15重量份、有机溶剂60～180重量份。3.根据权利要求2所述的纤维增强发泡环氧树脂复合材料的制备方法，其中，所述粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅表面的氨基含量为0.5～1.1mmol/g；和/或所述粒径为50～100纳米的氨基改性二氧化硅的氨基含量为0.3～0.6mmol/g。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟彬，
申请(专利权)人：安徽昊森新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34