一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料及其生产工艺制造技术

技术编号:24324598 阅读:24 留言:0更新日期:2020-05-29 17:43
本发明专利技术公开了一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料及其生产工艺,涉及树脂基复合材料领域,所述环氧碳纤维毡预浸料包括重量百分比为20~45%的短切碳纤维毡,重量百分比为55~80%的可快速增稠的环氧树脂组合物,所述可快速增稠的环氧树脂组合物包括快速固化环氧树脂和含胺基活泼氢的环氧增稠剂,本发明专利技术还公开了该种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料的生产工艺,所述环氧碳毡预浸料力学性能良好,为准各向同性材料,结构设计和铺贴工艺简单,在140~160℃模压3~10min快速成型,可实现碳纤维复合材料制件低成本批量化生产。

A prepreg of epoxy chopped carbon fiber felt for rapid prototyping and its production process

【技术实现步骤摘要】
一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料及其生产工艺
本专利技术涉及树脂基复合材料领域,特别涉及一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料及其生产工艺。
技术介绍
在节能环保的大环境趋势下,汽车产业的发展方向也正朝向绿色环保以及轻量化方法发展。碳纤维增强体的树脂基复合材料作为一种轻质、高强度的新型材料,具有高比强度、高机械性能、高比模量、高抗冲击能力以及高耐腐蚀能力等诸多优良的特性,综合性能超过铝合金及高强度钢,是汽车部件轻量化应用的优选材料。然而,高昂的成本限制了碳纤维复合材料的广泛应用。碳纤维复合材料源于航空航天领域,在航空航天复合材料制件中,碳纤维、树脂与后续工艺的成本基本是20/80的关系,所以要降低复合材料的成本,关键是解决占比80%的工艺成本。目前,采用连续碳纤维的单向预浸料或编织布预浸料的热压罐或模压成型工艺结构和铺层设计复杂,材料利用率低,成型时间长,无法实现碳纤维复合材料部件低成本批量化生产。中国专利公开号为CN102775622的专利公开了一种纤维增强热塑性复合材料的制备方法及其应用,该专利的纤维增强热塑性复合材料通过编织工艺成型,得到了三维结构的复合材料,虽然赋予材料较高的刚度,但是由于树脂成型过程所需温度较高,使注塑成本也随之提高。片状模塑料(SMC)模压成型是一种先进的树脂基复合材料成型方法,但是玻纤增强的SMC强度较差,无法满足材料轻量化替代对材料轻质高强的要求,并且不饱和树脂采用苯乙烯作溶剂无法满足汽车部件低VOC排放的环保要求。采用连续碳纤维短切增强的环氧SMC虽然能够有效提高复合材料强度,但仍存在碳纤维不易分散均匀,材料力学性能离散性较大缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,该材料为纤维增强热固性树脂复合材料,主要用于模压快速成型生产碳纤维复合材料制件领域。本专利技术的另一目的在于提供一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料的生产工艺,以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。为解决上述技术问题,本专利技术提供以下的技术方案:一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,所述环氧短切碳纤维毡预浸料,包括重量百分比为20~45%的短切碳纤维毡,重量百分比为55~80%的可快速增稠的环氧树脂组合物,所述可快速增稠的环氧树脂组合物包括快速固化环氧树脂和含胺基活泼氢的环氧增稠剂,所述快速固化环氧树脂包括环氧树脂、稀释剂、潜伏性环氧固化剂、固化促进剂和助剂,所述含胺基活泼氢的环氧增稠剂包括脂肪族胺、脂环族胺、芳香胺、聚醚胺和聚酰胺。优选地,所述含胺基活泼氢的环氧增稠剂包括含伯氨基和仲氨基基团的单胺或多元胺的脂肪族胺、脂环族胺、芳香胺、聚醚胺和聚酰胺以及改性脂肪胺、改性脂环胺、改性芳香胺、改性聚醚胺和改性聚酰胺中的一种或多种。优选地,所述短切碳纤维毡采用回收碳纤维短切丝、连续碳纤维短切丝和碳纤维织物废边料短丝经无纺工艺制成,所述短切碳纤维长度为5~200mm,优选为30~100mm,所述短切碳纤维毡面密度为20~800g/m2,优选为50~600g/m2。优选地,所述快速固化环氧树脂具有的环氧基团与含胺基活泼氢的环氧增稠剂具有的活泼氢摩尔比为100:12~40。优选地,所述快速固化环氧树脂和含胺基活泼氢的环氧增稠剂按比例混合均匀25℃初始粘度为5.0~50Pa.s,所述的环氧树脂组合物经过熟化处理后25℃粘度为2000~500000Pa.s,150℃凝胶时间≤60sec。优选地,所述稀释剂为含环氧官能团的活性稀释剂,所述环氧固化剂包括芳香胺类、双氰胺类、有机酰肼类、改性芳香胺类、改性双氰胺类、改性有机酰肼类和线性酚醛树脂,所述促进剂包括有机脲、改性有机脲、咪唑和改性咪唑,所述助剂包括浸润剂、消泡剂和内脱模剂。优选地,所述环氧短切碳纤维毡预浸料具有140℃~160℃,模压3~10min快速固化成型,所述环氧短切碳纤维毡预浸料拉伸强度大于200Mpa,拉伸模量大于20Gpa,弯曲强度大于300Mpa,弯曲模量大于20Gpa。一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料的生产工艺,包括以下具体步骤:a、将环氧树脂、稀释剂、环氧固化剂、促进剂和助剂加到双轴树脂混合机中搅拌混合均匀得到快速固化环氧树脂,并于树脂储罐中存储;b、将快速固化环氧树脂与含胺基活泼氢的环氧增稠剂通过树脂供料泵和增稠剂供料泵按比例抽入到串联混合器,高速搅拌,混合均匀,得到可快速增稠的环氧树脂组合物;c、通过树脂胶槽刮刀将可快速增稠的环氧树脂组合物均匀涂覆在上、下承载膜上,形成环氧树脂膜;d、然后快速固化环氧树脂膜覆盖在短切碳纤维毡上、下表面,叠成上下为环氧树脂膜,中间为短切碳纤维毡的三明治结构,经过挤压和排气,使环氧树脂组合物充分浸润碳纤维形成短切碳纤维毡环氧树脂复合片材,然后收卷或箱式包装;e、将收卷或箱式包装的短切碳纤维毡树脂复合片材在烘房熟化处理,使环氧树脂快速增稠,得到短切碳纤维毡预浸料。优选地,步骤e中熟化处理的熟化温度为20~70℃,时间为1~200hrs。本专利技术获得的有益效果:(1)本专利技术采用了低成本的回收碳纤维短切丝、连续碳纤维短切丝和碳纤维织物废边料短切丝作为原料,使得复合材料的成本大大降低。(2)本专利技术得到的环氧树脂组合物在25℃下的粘度为5~50Pa.s,初始粘度低有利于环氧树脂充分浸润碳纤维,经熟化快速增稠处理后的环氧树脂组合物在25℃下的粘度为2000~500000Pa.s,与连续纤维预浸料粘度相当,短切碳纤维毡预浸料裁切、铺贴操作工艺性良好,操作方便。(3)本专利技术环氧树脂组合物在150℃凝胶时间≤60sec,环氧短切碳纤维毡预浸料具有在140~160℃条件模压快速成型特性,能够将环氧复合材料部件成型周期缩短到3~10min,并且环氧短切碳纤维毡预浸料为准各向同性材料,结构设计和铺贴工艺简单,有利于在碳纤维复合材料低成本批量化生产。(4)本专利技术制备的碳纤维复合材料力学性能良好,拉伸强度达到200Mpa以上,拉伸模量达到20Gpa以上,弯曲强度达到350Mpa以上,弯曲模量达到20Gpa以上,力学性能与铝合金强度相当。(5)本专利技术提供的短切碳纤维毡预浸料包括的快速增稠的环氧树脂组合物不含易挥发的小分子化合物和溶剂,满足低VOC环保要求。附图说明图1为快速成型的环氧短切碳纤维毡预浸料生产工艺的流程图。具体实施方式下面通过对实施例的描述,对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明,以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。使用的短切碳纤维毡原材料:A、ELG回收短切碳纤维毡,采用的短切碳纤维毡是通过ELG高温裂解法回收的碳纤维短切后通过无纺针刺工艺制得,常用规格短切碳纤维毡A1、A2、A3和A4面密度分别为:100g/m2(克每平方米)、200g/m2、300g/m2、400g/m2。B、东丽T700短切碳纤维毡,采用的短切碳纤维毡是东丽T700本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,其特征在于,所述环氧短切碳纤维毡预浸料,包括重量百分比为20~45%的短切碳纤维毡,重量百分比为55~80%的可快速增稠的环氧树脂组合物,所述可快速增稠的环氧树脂组合物包括快速固化环氧树脂和含胺基活泼氢的环氧增稠剂,所述快速固化环氧树脂包括环氧树脂、稀释剂、潜伏性环氧固化剂、固化促进剂和助剂,所述含胺基活泼氢的环氧增稠剂包括脂肪族胺、脂环族胺、芳香胺、聚醚胺和聚酰胺。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,其特征在于,所述环氧短切碳纤维毡预浸料,包括重量百分比为20~45%的短切碳纤维毡,重量百分比为55~80%的可快速增稠的环氧树脂组合物,所述可快速增稠的环氧树脂组合物包括快速固化环氧树脂和含胺基活泼氢的环氧增稠剂,所述快速固化环氧树脂包括环氧树脂、稀释剂、潜伏性环氧固化剂、固化促进剂和助剂,所述含胺基活泼氢的环氧增稠剂包括脂肪族胺、脂环族胺、芳香胺、聚醚胺和聚酰胺。


2.根据权利要求1中所述的一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,其特征在于:所述含胺基活泼氢的环氧增稠剂包括含伯氨基和仲氨基基团的单胺或多元胺的脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚醚胺和聚酰胺以及改性脂肪胺、改性脂环胺、改性芳香胺、改性聚醚胺和改性聚酰胺中的一种或多种。


3.根据权利要求2中所述的一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,其特征在于:所述短切碳纤维毡采用回收碳纤维短切丝、连续碳纤维短切丝和碳纤维织物废边料短丝经无纺工艺制成,所述短切碳纤维长度为5~200mm,优选为30~100mm,所述短切碳纤维毡面密度为20~800g/m2,优选为50~600g/m2。


4.根据权利要求3所述的环氧短切碳纤维毡预浸料,其特征在于,所述快速固化环氧树脂具有的环氧基团与含胺基活泼氢的环氧增稠剂具有的活泼氢摩尔比为100:12~40。


5.根据权利要求4所述的一种快速成型用环氧短切碳纤维毡预浸料,其特征在于:所述快速固化环氧树脂和含胺基活泼氢的环氧增稠剂按比例混合均匀25℃初始粘度为5.0~50Pa.s,所述的环氧树脂组合物经过熟化处理后25℃粘度为2000~500000Pa.s,150℃凝胶时间≤60sec。


6.根据权利要求5所述的一种快速成型用环氧短切碳...

【专利技术属性】
技术研发人员:白灵南江琨阮长杰崔国新庞兴功
申请(专利权)人:艾达索高新材料芜湖有限公司
类型:发明
国别省市:安徽;34

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