一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，本发明专利技术高模量环氧树脂基体为多官能度环氧树脂和芳香族胺类固化剂的组合，芳香族胺类固化剂为胺基及吸电子基团或给电子基团取代苯环、联苯、二苯基、稠环等芳香环结构后得到的化合物，本发明专利技术能够保证环氧树脂高模量等力学性能的基础上，实现树脂固化活性在较大范围内调控，从而满足不同复合材料成型工艺的实际需求。本发明专利技术还公开了一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体的制备方法。的高模量环氧树脂基体的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体及其制备方法


[0001]本专利技术属于树脂基复合材料
，涉及一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体。

技术介绍

[0002]环氧树脂是树脂基复合材料最常用的一类树脂基体，其来源广泛，种类繁多，环氧树脂与固化剂的分子结构、交联密度等决定树脂固化物的力学性能；常间的环氧树脂固化剂包括胺类、酸酐类、咪唑类等，其中胺类固化剂由于原料便宜，反应固化物性能高，应用广泛。胺类固化剂可分为脂肪胺和芳香胺两类，芳香胺由于含有苯环结构，分子链刚性较高，得到的固化物模量较高。
[0003]环氧树脂基复合材料成型工艺方法有很多，但不论哪种工艺，成型过程大体上可总结为树脂浸润增强纤维、在压力/温度条件下发生固化反应获得复合材料制品。复合材料成型工艺参数的制定是否合理，决定复合材料的成型质量，必须结合成型工艺特点、制品尺寸、形状特征、树脂流变性能、树脂固化性能等特征制定最优的成型工艺参数。成型工艺参数的制定与树脂的固化反应活性密切相关，而体现树脂反应活性的树脂凝胶时间，决定着树脂的工艺窗口时间，树脂基体必须具备一定工艺窗口才能满足复合材料制备需要。
[0004]对于给定的树脂和固化剂组合，调节其反应活性及工艺窗口的方法通常为添加促进剂或抑制剂，该方法存在两方面问题，一是添加剂为第三相，可能显著影响环氧固化物的物性，比如实现了活性调节，但显著影响固化物强度、模量等性能；另一方面，对于胺类固化剂，大部分胺类固化剂反应活性相对较高，采用添加抑制剂的方法对调节胺类固化剂反应活性的效果不明显，难以满足复合材料成型工艺实际要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，本专利技术高模量环氧树脂基体为多官能度环氧树脂和芳香族胺类固化剂的组合，芳香族胺类固化剂为胺基及吸电子基团或给电子基团取代苯环等结构后得到的化合物，本专利技术能够保证环氧树脂高模量等力学性能的基础上，实现树脂固化活性在较大范围内调控，从而满足不同复合材料成型工艺的实际需求。本专利技术还提供一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体的制备方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，包括以下质量份数的组分：
[0008]多官能度环氧树脂100份；
[0009]活性可控芳香胺型固化剂10～50份；
[0010]所述多官能度环氧树脂的官能度≥3；
[0011]所述活性可控芳香胺型固化剂为促进型固化剂或抑制型固化剂；
[0012]所述促进型固化剂为X1取代基和X2取代基对主体结构取代后得到的一种或一种
以上化合物的组合，所述每种化合物中，主体结构为苯环结构，二苯基结构，联苯结构，杂环结构或稠环结构中的一种，所述X1取代基为给电子基团，X2取代基为氨基；
[0013]所述抑制型固化剂为X1取代基和X2取代基对主体结构取代后得到的一种或一种以上化合物的组合，所述每种化合物中，主体结构为苯环结构，二苯基结构，联苯结构，杂环结构或稠环结构中的一种，所述X1取代基为吸电子基团，X2取代基为氨基。
[0014]进一步的，所述活性可控芳香胺型固化剂的每种化合物中，1≤氨基的个数≤3。
[0015]进一步的，所述促进型固化剂的每种化合物中，给电子基团包括
‑
OH，
‑
(CH2)
n
CH3，
‑
O(CH2)
n
CH3，
‑
(CH2)
n
NH2或
‑
NH2中的一种或一种以上。
[0016]进一步的，所述抑制型固化剂的每种化合物中，吸电子基团包括Y，
‑
CY3，
‑
NO2，
‑
SO3H，
‑
CONH
‑
或
‑
CN中的一种或一种以上，其中Y代表卤族元素。
[0017]进一步的，所述多官能度环氧树脂为三官能度或四官能度缩水甘油胺，三官能度或四官能度缩水甘油醚，三官能度或四官能度脂环型环氧，三官能度或四官能度杂环环氧中的一种或一种以上的混合物。
[0018]进一步的，所述促进型固化剂为2,4二氨基甲苯，1,3,5
‑
三(4
‑
氨苯基)苯，间苯二甲胺或二氨基二苯基甲烷等中的一种或一种以上的混合物，且所述促进型固化剂中氨基活泼氢与多官能度环氧树脂中环氧基团的摩尔比为0.8～1.2，相比芳香胺主体结构而言，应用X1取代的促进型固化剂后，相比于X1未取代固化剂，其树脂基体的凝胶时间能缩短至原来一半以内。
[0019]进一步的，所述抑制型固化剂为4
‑
氟
‑
1,2
‑
苯二胺，3,5
‑
二氨基三氟甲苯，磺基苯胺，1,5萘二胺，1,8萘二胺，二氨基二苯基酰胺或二氨基二苯基砜等中的一种或一种以上的混合物，且抑制型固化剂中氨基活泼氢与多官能度环氧树脂中环氧基团的摩尔比为0.8～1.2。相比芳香胺主体结构而言，应用X1取代的抑制型固化剂后，相比于X1未取代固化剂，其树脂基体的凝胶时间能延长至原来2倍以上。
[0020]上述一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0021](1)在室温下将多官能度环氧树脂与活性可控芳香胺型固化剂混合均匀；
[0022](2)对步骤(1)所得混合物进行均质化，得到树脂组合物；
[0023](3)将树脂组合物浇注并脱泡后，得到反应活性可控的高模量环氧树脂基体。
[0024]进一步的，所述步骤(2)中，对步骤(1)所得混合物进行均质化的具体方法为，将步骤(1)所得混合物置于分散均质机中，在300～18000转/分的转速下高速搅拌5～30min；
[0025]所述步骤(3)中，将树脂组合物浇注到预热至40～100℃的模具中，并置于真空烘箱中脱泡5～20min。
[0026]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0027](1)本专利技术一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，为多官能度环氧树脂和芳香族胺类固化剂的组合，保证树脂模量能维持在较高水平(4.3GPa以上)，作为基体使用时，有利于复合材料压缩、剪切等与树脂密切相关的性能提升；
[0028](2)本专利技术一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，进一步提出了用作促进型固化剂和抑制型固化剂的具体化合物及其组合，相比芳香胺主体结构，促进型固化剂使树脂基体的凝胶时间能缩短至原凝胶时间的一半以内，抑制型固化剂使树脂基体的凝胶时间
能延长至原凝胶时间2倍以上；
[0029](3)本专利技术一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，针对应用广泛的芳香胺型固化剂固化活性的调节，从分子结构设计的角度考虑，借助取代基亲电、亲核效应，实现胺基反应活性的调节；通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，其特征在于，包括以下质量份数的组分：多官能度环氧树脂100份；活性可控芳香胺型固化剂10～50份；所述多官能度环氧树脂的官能度≥3；所述活性可控芳香胺型固化剂为促进型固化剂或抑制型固化剂；所述促进型固化剂为X1取代基和X2取代基对主体结构取代后得到的一种或一种以上化合物的组合，所述每种化合物中，主体结构为苯环结构，二苯基结构，联苯结构，杂环结构或稠环结构中的一种，所述X1取代基为给电子基团，X2取代基为氨基；所述抑制型固化剂为X1取代基和X2取代基对主体结构取代后得到的一种或一种以上化合物的组合，所述每种化合物中，主体结构为苯环结构，二苯基结构，联苯结构，杂环结构或稠环结构中的一种，所述X1取代基为吸电子基团，X2取代基为氨基。2.根据权利要求1所述的一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，其特征在于，所述活性可控芳香胺型固化剂的每种化合物中，1≤氨基的个数≤3。3.根据权利要求1所述的一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，其特征在于，所述促进型固化剂的每种化合物中，给电子基团包括
‑
OH，
‑
(CH2)
n
CH3，
‑
O(CH2)
n
CH3，
‑
(CH2)
n
NH2或
‑
NH2中的一种或一种以上。4.根据权利要求1所述的一种反应活性可控的高模量环氧树脂基体，其特征在于，所述抑制型固化剂的每种化合物中，吸电子基团包括Y，
‑
CY3，
‑
NO2，
‑
SO3H，
‑
CONH
‑
或
‑
CN中的一种或一种以上，其中Y代表卤族元素。5.根据权利要求1所述的一种反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，杨云华，冯志海，朱世鹏，张犇，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：