一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法，包括溶液配置、体系均一化、反应、蒸馏、固液分离、干燥工艺处理过程。碳纤维强化复合材料，因其优异的强度及耐冲击性能被广泛应用于飞机结构部件、风车叶片、涡轮等需承受拉伸、压缩应力的制造业领域。该复合材料由碳纤维、环氧树脂、增韧材料等主要成分构成，以提高构造件在高温高湿环境下的耐受性及碳纤维排列方向以外的应力冲击性能。此类材料的研发受限于后端应用领域的高性能需求，以及面对国内相关领域研究的滞后、自主调配能力差等现实因素，国内相关研究领域暂无系统化、明确化、成熟的具备环氧度的增韧剂的制备方法。因此，本发明专利技术是具备意义的。本发明专利技术是具备意义的。本发明专利技术是具备意义的。

【技术实现步骤摘要】
一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料领域。

技术介绍

[0002]碳纤维强化复合材料，因其优异的强度及耐冲击性能被广泛应用于飞机结构部件、风车叶片、涡轮等需承受拉伸、压缩应力的制造业领域。碳纤维、环氧树脂、增韧材料等作为主要构成成分，以提高构造件在高温高湿环境下的耐受性及碳纤维排列方向以外的应力冲击性能。航空航天等高端碳纤维应用领域对复合材料的轻量化、应力对抗性能、层间韧性的需求日益明显，仅应用具备低韧性的环氧树脂与碳纤维涂浸，其制备的预浸料性能不佳、抗冲击性能表现较差，具备较低的材料韧性及适应性。因此，一种旨在提高预浸料性能表现、具备优异的层间韧性、抗冲击强度、具备环氧改性性能、且可良好分散于树脂中的增韧剂，是亟需被开发、专利技术的。
[0003]随着对复合材料研究深度及广度的拓展，逐渐对以聚醚砜、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯等主要构成的热塑性材料、弹性体的研究日益深入，应用其所制备的增韧剂可与碳纤维、环氧树脂等共同制备预浸料，抗冲击性能、高温高湿环境耐受性、层间韧性等性能得到明显提升，且该增韧剂经环氧改性工艺处理，且主体材料与包覆的环氧树脂呈现核壳型内、外结构。
[0004]环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，其分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，该基团位于分子链的末端、中间或成环状结构。此活泼的环氧基团可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
[0005]核壳型结构材料整合了内外两种材料的性质，因其特殊的结构特性，是近几年材料改性的一个重要研究方向，在催化、光催化、电池、气体存储及分离方面有着广泛的应用前景。核壳型结构材料在化学材料设计及改性的应用范围广泛，其中包括贵金属催化剂、纳米催化剂的制备、材料改性、纳米颗粒同质包覆、热膨胀粒子合成等，涉及的工业领域包括印染、涂料、工业催化、精细化学、生物质催化、纳米材料等。
[0006]材料改性是指通过物理、化学或兼备的方法使材料性能发生定向性变化，抑或成本显著降低，或赋予材料全新功能。改性的过程可以在合成材料过程中发生，即化学改性，如共聚、接枝、交联等，也可以对成型材料再次加工的过程中进行，即物理改性，如填充、共混、增强等。改性目的为拓宽其应用领域或提升材料性能，因此材料改性是具备意义的。材料需提升的性能包括环氧度、韧性、抗低温脆性、绝缘性、稳定性等，利用现有材料，通过改性技术来扩充其性能是最具性价比的解决方案。改性方法共混改性、添加改性、化学改性等，其中化学改性方法主要是通过化学反应对形态及结构来改性。通过添加小分子无机物或有机物，经反应过程以达到某种预期性能，使得材料经改性后，其物理、机械性能改善，使得材料具备高强度、高韧度、高抗冲性、耐磨抗震等性能，拓宽其下游应用领域。
[0007]由上述可知，针对航空航天等高端碳纤维应用领域对复合材料轻量化、应力对抗
性能、环氧度、层间韧性的需求，提出一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法，是利于碳纤维行业发展及预浸料等复合材料研究的必要的技术积累与提升。
[0008]针对航空航天等应用领域对于预浸料的抗冲击性能、层间韧性、环氧度等高性能需求，具备环氧改性性能的增韧剂的制备方法的开发、研制工作暂无系统化、明确化、成熟的材料制备方法，限制了我国碳纤维行业及预浸料等复合材料的快速发展。
[0009]因此，提出一种较为明确的具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法是具备意义的。

技术实现思路

[0010]本专利技术涉及一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法。
[0011]此种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂可作为树脂基体中的添加成分良好分散于树脂基体中而形成均一复合体系，可浸渍于碳纤维、碳布层间，经涂膜、热压、冷却、覆膜、卷曲等工艺过程制得，其中间产品为预浸料。经其制备的预浸料具备一定的环氧度、优异的力学特性、产品缺陷少、加工特性一致性高等优点，被广泛应用于航空航天等高端碳纤维应用领域。
[0012]此种增韧剂是一种高分子复合材料，性状为白色微米级粉体材料。以聚醚砜、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯为主体构成成分系“核壳型结构”的内部构成；环氧树脂和固化剂为辅助构成成分，环氧树脂与固化剂发生反应，其中以有机化合物作为骨架，通过热固性高分子与固化剂发生交联反应后形成不溶的三维网状结构高分子，由此形成的三维网状结构系“核壳型结构”的外部构成。经扫描电镜/光学显微镜观察，可形成三维网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中。
[0013]针对航空航天等应用领域对于预浸料材料的抗冲击性能、层间韧性、环氧度等性能需求，提出一种较为明确的具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法，是利于碳纤维行业发展及预浸料等复合材料研究的必要的技术积累与提升。
[0014]本专利技术专利的目的在于克服预浸料的抗冲击性能、层间韧性、环氧度等性能不能满足高端碳纤维领域使用需求、性能稳定性差等情况，以及弥补相关领域研究的滞后、自主调配能力差、具备环氧改性性能的增韧剂材料的开发、研制工作暂无系统化、明确化、成熟的材料制备方法等情况。
[0015]基于以上原因，提供一种较为明确的具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法。
[0016]一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法，其中主要包括溶液配置、体系均一化、反应、蒸馏、固液分离、干燥等工艺处理过程。
[0017]其原材料及设备主要包括N
‑
甲级
‑2‑
吡咯烷酮，三氯甲烷，甲醇，热塑性塑料(构成成分为聚醚砜、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯)，热固性环氧树脂，固化剂，纯水，聚乙烯醇，溴化钾，工业氮气，70
‑
80℃纯水，旋振筛，PSB450平板式离心机，滤布，DSZG
‑
20双锥回转真空干燥机，粉碎机，MicrotracS3500激光粒度分析仪，扫描电子显微镜，LXT
‑
800型水分测试仪，红外光谱仪，TA
‑
DSC25差示扫描量热仪，100L反应釜，50L反应釜，100L蒸馏釜，BT103S调速型蠕动泵，循环水式真空泵，冷凝器等。
[0018]具体地，增韧剂A1制备过程简介如下：
[0019]称取适量N
‑
甲级
‑2‑
吡咯烷酮，加热至一定温度并搅拌至均一态；并加入适量热塑性塑料(构成成分为聚醚砜)加入并溶解；将环氧树脂及固化剂于良好分散于N
‑
甲级
‑2‑
吡咯烷酮中，并加入到热塑性塑料溶解液中，以形成均一溶液体系；向体系内充入氮气，将体系内的空气等气体成分进行95
‑
99％的氮气置换；称取适量聚乙烯醇与纯水，充分溶解为溶液。将聚乙烯醇溶液以滴加的方式与上述溶液进行混合，并搅拌约60
‑
80mins，至体系呈乳白色悬浮液。将以上所得乳白色悬浮液以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备环氧包覆及核壳型结构的增韧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：有机溶剂采用N
‑
甲级
‑2‑
吡咯烷酮或三氯甲烷与甲醇的复合溶剂，三氯甲烷与甲醇质量比例为(60
‑
80):(20
‑
40)；在有机溶剂中加入热塑性材料，热塑性材料为聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰胺或聚酰亚胺；然后将环氧树脂及固化剂也加入有机溶剂中形成均一溶液体系；向体系内充入氮气，将体系内的空气进行体积百分比为95％
‑
99％的氮气置换；将聚乙烯醇与1
‑
10us/cm，pH＝5.5
‑
7的蒸馏水混合构成聚乙烯醇溶液；将聚乙烯醇溶液加入到上述体系中，至体系呈现均一的乳白色乳状液，经蒸馏过程长6
‑
10小时，真空度
‑
0.06至
‑
0.09Mpa以去除有机溶剂；所得浆液经水洗、分级后进行粒径分级，并以80
‑
100℃的水冲洗及稀释；对筛分中间体进行固液分离、干燥、粉碎处理后得到粉体材料；装袋，放入干燥剂，密封保存；其中，将聚乙烯醇溶液以...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秋飞，张贺平，黄优优，
申请(专利权)人：中复神鹰碳纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：