一种改性聚双环戊二烯/碳纤维复合材料制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于真空辅助树脂灌注成型工艺的改性PDCPD/碳纤维复合材料制备方法，属于碳纤维增强环氧树脂复合材料技术领域。PDCPD/碳纤维复合材料中含有85.434wt％

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚双环戊二烯/碳纤维复合材料制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种聚双环戊二烯/碳纤维复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚双环戊二烯(PDCPD)是由双环戊二烯(DCPD)开环易位聚合而来的一种高分子树脂材料，其具有高强度、高模量、高抗冲击强度的优异性能。和环氧树脂相比具有反应体系粘度较低、反应速度较快的特点，并且所制得的部件更为轻量化，具有广阔的应用前景。
[0003]碳纤维既具有质量轻、强度高且综合性能好的优势，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是作为复合材料中纤维增强的首选材料，能够较好地能够针对目标聚合材料的性能缺陷进行改性。
[0004]真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)是树脂传递模塑成型工艺(RTM)基础上发展的一种新型高性能、非热压罐成型的低成本的复合材料大型制件成型工艺。其工艺原理是在真空状态下排除纤维增强体的气体，通过事先设计好的流道，利用树脂的流动、渗透，实现对纤维预制件的浸渍、固化。然而当使用纯DCPD进行灌注时，由于其粘度过稀，易导致缺胶现象发生，影响到碳纤维的浸润。为此，本专利技术通过VARI工艺制得一种PDCPD碳纤维复合材料，在配方中引入了新组分，增加了DCPD的粘度，提高树脂对碳纤维的浸润，使其适合于VARI工艺，并能提高产品的韧性。
[0005]在VARI灌注成型反应过程中，两股物料(双环戊二烯树脂和催化剂溶液)经计量后混合，然后迅速注入模腔，之后发生聚合反应，短时间内固化成型，这就要求物料在混合后能迅速反应，而在混合前反应速率不可太快以保证足够的储存时间。而且采用VARI工艺进行PDCPD和碳纤维复合材料的制备时，灌注需要一定的树脂粘度要求(粘度166～300mpa
·
s)，才能保证树脂和碳纤维能充分浸润，结合良好。本专利技术通过加入新的组分提高双环戊二烯的粘度，使其适合于VARI工艺。加入的组分为乙叉降冰片烯和苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，在灌注过程中不会因为树脂粘度过稀而被快速抽走，从而增强了树脂对碳纤维的浸润，提高了DCPD和碳纤维的结合。

技术实现思路

[0006]与现有技术相比，本专利技术有益之处是：
[0007]乙叉降冰片烯和苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物的加入能够显著增加DCPD的粘度，操作时间超过30分钟，有助于碳纤维和DCPD的浸润，提高两者的结合，适用于真空辅助灌注成型。
[0008]改性剂
[0009]本专利技术所述改性剂可以选自乙叉降冰片烯，苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物中的一种或他们的组合。本专利技术使用的含有乙叉降冰片烯，苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物的改性剂组合物既能调节粘度，操作时间可控，也不降低产品性能，甚至能增强产品综合
性能。
[0010]固化剂
[0011]本专利技术所述固化剂可以选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类、聚酰胺类、酸酐类、树脂类、叔胺类等，本专利技术优选酸酐类，具体为甲基纳迪克酸酐。
[0012]有机溶剂
[0013]本专利技术所述有机溶剂可以选自二氯甲烷、甲苯、乙醚、四氢呋喃、甲基叔丁基醚等其中任何一种或者几种的组合。
[0014]催化剂
[0015]本专利技术所述催化剂为含有卡宾结构的钌化合物，具体催化剂结构为
[0016][0017]铺设层数
[0018]本专利技术所述铺设层数与产品的应用领域有关，根据产品性能要求设计计算碳纤维需要的铺层数。本专利技术实施例中的铺设成数为12层或16层或其他按产品性能需求的层数。
[0019]碳纤维布或碳纤维织物
[0020]本专利技术所述碳纤维布或碳纤维织物为20cm
×
20cm的平纹碳纤维织物，碳纤维布克重为200～400gsm。
[0021]可操作时间
[0022]本专利技术所述可操作时间是指树脂凝胶时间，具体为双环戊二烯树脂和催化剂混合后反应，由液体变为凝胶，由于凝胶不能进行灌注操作，所以在液体变成凝胶前的这段时间，被称为可操作时间。操作时间的衡量步骤为：按比例称取DCPD和改性剂的混合均匀溶液，置于恒温水浴中。称取一定量的催化剂粉末，注入1mL的二氯甲烷溶液并摇匀形成均匀的催化剂溶液，随后将催化剂溶液加入到DCPD均匀溶液中进行充分搅拌，每隔30s观察，用玻璃棒试验试样流动情况，直至出现拉丝状态时，停止秒表，试样从放入到结束时所用时间即为可操作时间。本专利技术中的可操作时间为20
‑
40分钟，也可以其中的整数值分钟数，比如32分钟、34分钟、37分钟等等。
[0023]真空灌注
[0024]本专利技术实施例和对比例中将改性DCPD树脂与催化剂溶液混合后真空灌注入碳纤维的过程，有树脂收集器，多余的树脂会进入收集器，一般真空灌注先计算树脂用量，灌注过程中，当树脂抵达树脂收集器时，关闭进料口，完成灌注。
[0025]阶段性升温固化
[0026]本专利技术实施例和对比例中的阶段性升温固化的含义为，先升温保持一定时间后再继续升温保持一定的时间，如此至本专利技术所述的固化步骤完成。具体可以理解为，先升温至60℃保持0.5小时，后再次升温至140℃，保持1小时至固化完成。
[0027]本专利技术制备高碳纤维/DCPD复合材料的方法为：将双环戊二烯树脂和乙叉降冰片烯、SBS嵌段共聚物加入到DCPD单体中，混合均匀，与催化剂溶液混合，再通过真空辅助灌注成型将改性树脂注入碳纤维中，制备机械性能优异的PDCPD/碳纤维复合材料。
[0028]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0029]A1，将双环戊二烯和改性剂充分混合，配制成均一溶液，得到改性双环戊二烯树脂；
[0030]A2，先将催化剂溶解在有机溶剂中，待其完全溶解后，备用；
[0031]A3，将A1配置的改性双环戊二烯树脂与A2配置的催化剂溶液进行混合，减压抽真空去掉有机溶剂至无气泡冒出时，得到灌注溶液；
[0032]A4，在平板玻璃上铺贴数张20cm
×
20cm的平纹碳纤维织物，在碳纤维织物上部铺贴脱模布和导流网,其中脱模布完全覆盖碳纤维织物,导流网覆盖一半碳纤维织物，在导流网上部分段放置缠绕管用于注胶,在碳纤维两侧放置抽气管后封袋，抽真空后，将A3配置的溶液灌注入封袋中，当树脂抵达树脂收集器时，完成灌注，阶段性升温固化，待固化完全后，脱模，取出聚双环戊二烯/碳纤维复合材料。
[0033]在一些优选的实施方案中，所述聚双环戊二烯/碳纤维复合材料中含有85.434wt％
‑
90.05wt％的双环戊二烯，9.905wt％
‑
14.524wt％的改性剂，0.043wt％
‑
0.045wt％的催化剂。
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚双环戊二烯/碳纤维复合材料制备方法，包括以下步骤：A1，将双环戊二烯和改性剂充分混合，配制成均一溶液，得到改性双环戊二烯树脂；A2，先将催化剂溶解在有机溶剂中，待其完全溶解后，备用；A3，将A1配置的改性双环戊二烯树脂与A2配置的催化剂溶液进行混合，减压抽真空去掉有机溶剂至无气泡冒出时，得到灌注溶液；A4，在平板玻璃上铺贴数层20cm
×
20cm的平纹碳纤维织物，在碳纤维织物上部铺贴脱模布和导流网,其中脱模布完全覆盖碳纤维织物,导流网覆盖一半碳纤维织物，在导流网上部分段放置缠绕管用于注胶,在碳纤维两侧放置抽气管后封袋，抽真空后，将A3配置的溶液灌注入封袋中，当树脂抵达树脂收集器时，完成灌注，阶段性升温固化，待固化完全后，脱模，取出聚双环戊二烯/碳纤维复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚双环戊二烯/碳纤维复合材料中含有85.434wt％
‑
90.05wt％的双环戊二烯，9.905wt％
‑
14.524wt％的改性剂，0.043wt％
‑
0.045wt％的催化剂。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述改性剂为乙叉降冰片烯、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物的组合。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚双环戊二烯/碳纤维复合材料中含有4.272wt％
‑
8.846wt％的乙叉降冰片烯、2.654wt％
‑
10.252wt％的苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物。5.如权利3所述的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述苯乙烯
‑
丁二烯

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，孙荣华，翁羽飞，刘博伦，程超，蒋方红，奚军，石梦琳，
申请(专利权)人：中国石化上海石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：