一种增韧改性的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种增韧改性的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法，按照质量份数计算，所述环氧树脂组合物包括：环氧树脂100份、核壳结构的SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种增韧改性的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维增强环氧树脂基复合材料
，具体涉及一种增韧改性的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强环氧树脂基复合材料是以环氧树脂为基体，以碳纤维或其织物为增强体，复合而成的材料。其具有轻质、高强的性能，而被广泛应用于风电行业、电子电气、建筑行业、道路交通、化工防腐、石油化工、航空航天、船舶运输等领域，其市场需求量也呈现逐年递增的趋势。但是，环氧树脂交联固化后形成立体网状结构，交联密度增大、内应力提高，固化物硬脆、韧性差易开裂，限制了其应用。
[0003]目前，主要采用三种途径来提高碳纤维增强环氧树脂基复合材料的韧性，即：提高碳纤维的性能、提高环氧树脂基体的断裂韧性、提高增强材料与环氧树脂基体之间的界面粘结性能。从提高环氧树脂基体的断裂韧性角度出发，主要方法有：热塑性树脂增韧、无机刚性纳米粒子增韧、橡胶弹性体增韧。热塑性树脂增韧是加入高强度、高模量、耐热性好的热塑性树脂改性环氧树脂，热塑性树脂与环氧树脂有相似的化学结构，在材料制备的初始混合阶段，热塑性树脂可与环氧树脂很好的相容，而在升温固化的过程中，可发生诱导相分离，热塑性树脂可通过裂纹钉锚、裂纹桥联、裂纹路径偏转等机理改善环氧树脂的断裂韧性，但是，热塑性树脂的加入可使环氧树脂的拉伸性能、弯曲性能等其他力学性能降低，并且，热塑性树脂必须通过反应诱导相分离形成第二相，存在着相分离不完全导致增韧效果大大降低的问题。无机刚性纳米粒子增韧是基于裂纹钉铆机理，刚性纳米粒子与环氧树脂形成合适的作用力，当刚性粒子形变时，可消耗大量能量，产生裂纹，同时，环氧树脂固化物中银纹扩展遇到刚性粒子时会发生钝化，从而受到阻碍，停止扩展，实现其增韧效果，无机纳米刚性粒子的加入可提高环氧树脂的韧性，同时提高环氧树脂的其他力学性能。但是，纳米无机刚性粒子表面能高，在制备初始阶段的混合过程中极易团聚，导致其体系混合不均匀，增韧效果差，且无机刚性粒子与环氧树脂之间的相容性较差。橡胶弹性体增韧是由于橡胶形成的颗粒分散在环氧树脂中，固化时橡胶相析出，诱发银纹与剪切带以达到增韧效果。橡胶增韧效果明显，但其会降低环氧树脂的强度、刚性与热稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供一种增韧改性的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法，通过加入核壳结构的SiO2‑
聚砜微球对环氧树脂进行增韧，热塑性树脂聚砜和刚性无机纳米粒子SiO2均可提高环氧树脂的韧性，无机纳米粒子SiO2还可弥补聚砜加入导致的树脂其他力学性能的降低，同时，壳层材料聚砜将核层的纳米SiO2包覆后可防止其团聚，而由于聚砜与环氧树脂结构相近，相容性高，壳层的聚砜还可提高纳米SiO2与环氧树脂的相容性，保证对环氧树脂的增韧效果。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供一种增韧改性的环氧树脂组合物：
按照质量份数计算，所述环氧树脂组合物包括：环氧树脂100份、核壳结构的SiO2‑
聚砜微球2
‑
20份、固化剂20
‑
25份；所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球包括聚砜壳层和封装于所述聚砜壳层中的SiO2核。
[0006]优选地，按照质量份数计算，所述环氧树脂组合物包括：环氧树脂100份、核壳结构的SiO2‑
聚砜微球8
‑
12份、固化剂20
‑
25份。
[0007]优选地，所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球中，SiO2核与聚砜壳层的质量比为1：（2
‑
5）。
[0008]优选地，所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球中，SiO2核与聚砜壳层的质量比为1：（3.5
‑
4）。
[0009]本专利技术的第二方面提供一种增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料，包括上述的增韧改性的环氧树脂组合物和碳纤维增强材料。
[0010]本专利技术的第三方面提供一种上述的增韧改性的环氧树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂、核壳结构的SiO2‑
聚砜微球、固化剂混合，并搅拌均匀，得到环氧树脂组合物。
[0011]优选地，具体包括以下步骤：将环氧树脂加热至流动状态，将所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球加入环氧树脂中，并搅拌1
‑
5h，然后加入所述固化剂，搅拌0.5
‑
1h，得到所述环氧树脂组合物。
[0012]优选地，所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球采用液
‑
液相转化法制备，具体包括以下步骤：将SiO2加入N,N
‑
二甲基乙酰胺中，进行分散，得到SiO2分散液；然后将聚砜加入所述SiO2分散液中，进行分散，得到混合液；再将所述混合液注入水中，进行液
‑
液相分离，得到所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球。
[0013]本专利技术第四方面提供一种上述的增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1.采用上述的增韧改性的环氧树脂组合物浸渍碳纤维增强材料，得到预浸料；S2.将所述预浸料固化成型，得到所述增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料。
[0014]优选地，步骤S2中固化成型时的固化制度为：先在100
‑
120℃下加热0.5
‑
2h，然后在130
‑
150℃下加热3
‑
6h，再在170
‑
190℃下加热0.5
‑
2h。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术的增韧改性的环氧树脂组合物、复合材料及其制备方法，加入核壳结构的SiO2‑
聚砜微球进行增韧，壳层聚砜材料属于热塑性树脂，具有高强度、高模量、耐热性好的优点，可显著提高环氧树脂组合物的韧性，但对环氧树脂的拉伸性能、弯曲性能等其他力学性能会产生不良影响，而核层的SiO2为无机刚性纳米粒子，可在提高环氧树脂韧性的同时提高其拉伸性能、弯曲性能等力学性能；并且，由于纳米SiO2表面能高，易团聚，而核层的纳米SiO2粒子被聚砜壳层包覆后，可防止其粒子之间的团聚，且聚砜壳层与环氧树脂结构相近，相容性高，纳米SiO2包覆于聚砜壳层中，可提高其与环氧树脂的相容性，因此，保证环氧树脂的增韧效果。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]提高环氧树脂基体的断裂韧性的方法中，热塑性树脂增韧可使环氧树脂的刚性等其他力学性能降低；无机刚性纳米粒子可增韧的同时提高环氧树脂的刚度，但其在制备的混合过程中易团聚，且无机刚性粒子与环氧树脂之间的相容性较差，导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增韧改性的环氧树脂组合物，其特征在于：按照质量份数计算，所述环氧树脂组合物包括：环氧树脂100份、核壳结构的SiO2‑
聚砜微球2
‑
20份、固化剂20
‑
25份；所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球包括聚砜壳层和封装于所述聚砜壳层中的SiO2核。2.根据权利要求1所述的增韧改性的环氧树脂组合物，其特征在于：按照质量份数计算，所述环氧树脂组合物包括：环氧树脂100份、核壳结构的SiO2‑
聚砜微球8
‑
12份、固化剂20
‑
25份。3.根据权利要求1所述的增韧改性的环氧树脂组合物，其特征在于：所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球中，SiO2核与聚砜壳层的质量比为1：（2
‑
5）。4.根据权利要求3所述的增韧改性的环氧树脂组合物，其特征在于：所述核壳结构的SiO2‑
聚砜微球中，SiO2核与聚砜壳层的质量比为1：（3.5
‑
4）。5.一种增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料，其特征在于：包括如权利要求1
‑
4中任一项所述的增韧改性的环氧树脂组合物和碳纤维增强材料。6.一种如权利要求1
‑
4中任一项所述的增韧改性的环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将环氧树脂、核壳结构的SiO2‑
聚砜微球、固化剂混合，并搅拌均匀，得到环氧树脂组合物。7.根据权利要求6所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，于宗芝，崔西峰，丁常方，韩宇，
申请(专利权)人：天津爱思达航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：