一种碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法和应用，该复合材料由含磷苯并噁嗪树脂、环氧树脂、碳纤维织物组成；含磷苯并噁嗪树脂结构如下。本发明专利技术将含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂混合，得到改性环氧树脂与碳纤维织物进行层压复合并固化得到复合材料，以ODOPB为酚源合成的含磷苯并噁嗪树脂在高温开环聚合过程中形成大量的酚羟基可以与环氧基团反应，交联密度的增加和分子间作用力的增强使得环氧树脂具有极佳的热稳定性，制得的碳纤维增强环氧树脂复合材料尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性好，抗冲击性能、抗开裂性能优异，热稳定性和阻燃性能大大提高，可以适用于柔性材料的基板，尤其是新能源汽车的电池壳体。尤其是新能源汽车的电池壳体。尤其是新能源汽车的电池壳体。尤其是新能源汽车的电池壳体。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于碳纤维柔性板复合材料，具体涉及一种碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性电路板又称软性电路板，挠性电路板，是一种具有高度可靠性，绝佳曲挠性的印刷电路，通过在可弯曲的轻薄塑料片上，嵌入电路设计，使在窄小和有限空间中堆嵌大量精密元件，从而形成可弯曲的挠性电路。柔性线路基板作为电子产品中主要连接构件，占据了电子产品的较大空间。柔性基板的薄型化有利于电子产品轻、薄、短、小发展趋势。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种重要的新型材料。而环氧树脂属于易燃化合物，通常被点燃后燃烧剧烈，这阻碍了其在航空航天、新能源汽车等对阻燃性要求较高的领域的进一步应用。
[0003]针对环氧树脂的阻燃技术有很多种，目前比较实用的方法是往环氧树脂基体中添加阻燃剂，例如许多卤素化合物因其效率高而被用作环氧树脂的阻燃剂，然而，考虑到其毒性，卤素阻燃剂在许多领域已经被禁止使用。目前现有材料很多仍然采用传统环氧树脂，材料易燃，阻燃效果不佳，并且还需要加入固化剂，往往为了形成复合材料需要加入大量的固化剂。阻燃材料中额外加入固化剂和阻燃剂，不仅使得树脂材料加工工艺路线复杂，成本升高，同时额外添加的阻燃剂和固化剂往往会导致树脂材料力学性能下降。由此可见，合成出新型阻燃复合材料是一项很有意义的研究工作。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种碳纤维增强环氧树脂复合材料，本专利技术采用新型含磷苯并噁嗪树脂改性的环氧树脂作为树脂基体浸渍碳纤维织物，通过热压成型得到高热稳定性、优异力学性能和阻燃性能的碳纤维增强环氧树脂复合材料。本专利技术通过采用特定的含磷苯并噁嗪树脂作为环氧树脂固化剂和阻燃剂，可克服目前碳纤维复合材料易燃缺陷，同时还能保证优异的力学性能以及避免额外的固化剂加入。
[0005]本专利技术还提供所述碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法和应用。
[0006]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种碳纤维增强环氧树脂复合材料，由含磷苯并噁嗪树脂、环氧树脂、碳纤维织物组成，所述含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂的质量比为1:9
‑
10，所述含磷苯并噁嗪树脂其分子式如下：，其中，为以下结构中的任意一种：
。
[0007]其中，所述含磷苯并噁嗪树脂，其分子内氢键的存在使得其可能具有潜伏固化的特性进而降低树脂的固化温度，其固化后得到的聚苯并噁嗪树脂具有高的热稳定性和低的可燃性。
[0008]其中，所述环氧树脂可以为双酚A型或双酚F型环氧树脂。
[0009]其中，所述碳纤维织物为碳纤维布，包括为碳纤维平纹布、碳纤维斜纹布或碳纤维单向布。
[0010]本专利技术所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将ODOPB、胺类化合物、多聚甲醛混合，加入有机溶剂，加热反应，反应结束后旋蒸除去有机溶剂，再真空干燥得到含磷苯并噁嗪树脂单体；（2）将含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂混合，得到改性环氧树脂；将改性环氧树脂与碳纤维织物进行层压复合并固化，得到碳纤维增强环氧树脂复合材料。
[0011]其中，步骤（1）中所述的ODOPB、胺类化合物和多聚甲醛的摩尔比为1：1：2~3。
[0012]作为优选，所述的ODOPB、胺类化合物和多聚甲醛的摩尔比为1：1：2.14。
[0013]其中，步骤（1）中反应温度为80
‑
120℃，反应时间为24
‑
48小时。
[0014]其中，步骤（1）中所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯中的一种或者两种的混合物。
[0015]其中，以ODOPB、胺类化合物、多聚甲醛为原料，制备苯并噁嗪，化学反应方程式如下：。
[0016]其中，所述胺类化合物结构式为R
‑
NH2，为以下结构之一：。
[0017]其中，步骤（2）中将含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂，以及有机溶剂混合均匀，得到改性环氧树脂浸渍液，将碳纤维织物浸渍在改性环氧树脂浸渍液中。
[0018]通常，所述改性环氧树脂与碳纤维织物的质量比为20
‑
40：60
‑
80。
[0019]作为优选，所述含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂的质量比为1:9
‑
10。
[0020]更为优选地，所述含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂的质量比为1:9。
[0021]其中，步骤（2）中所述层压复合并固化流程包括：放入平板硫化机中80℃
‑
180℃热
固化1
‑
5h。
[0022]本专利技术所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料作为柔性电路板的基体材料或者电池壳体材料中的应用。作为优选，可以作为新能源汽车的电池壳体材料。
[0023]本专利技术首次利用特定结构的含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂结合，形成了一种环氧树脂新体系，本专利技术中使用低剂量的含磷苯并噁嗪树脂（含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂的质量比为1:9
‑
10），就可以作为环氧树脂的阻燃剂和固化剂，和环氧树脂一起浸渍碳纤维织物制备的改性后的碳纤维增强环氧树脂复合材料力学性能优异，热稳定性和阻燃性能提升明显。本专利技术环氧树脂新体系中特定结构的含磷苯并噁嗪树脂可以作为固化剂兼顾阻燃效果，而目前现有的环氧树脂体系是 采用环氧树脂再加一定量的固化剂和阻燃剂，其中固化剂是必须要加入的，一般是胺类化合物、咪唑类化合物或者酸酐化合物等，本专利技术通过常规环氧树脂加入兼具固化和阻燃性能的含磷苯并噁嗪，无需另加固化剂和阻燃剂。另一方面，传统的环氧树脂和固化剂一般是分开包装，因为传统固化剂在室温下即可与环氧树脂进行缓慢反应，不能放在一起储存。而本专利技术的含磷苯并噁嗪固化剂具有潜伏固化作用，由于含磷苯并噁嗪中的酚羟基虽然具备和环氧的反应活性，但是由于酚羟基可与磷杂菲分子中的氧原子形成稳定的分子内氢键六元环，羟基的活性受到分子内氢键抑制，室温不具备与环氧的反应活性，可以和环氧直接混合在一起储存。
[0024]此外，现有技术中额外添加的阻燃剂往往也会导致树脂材料力学性能下降。本专利技术特定结构低剂量的含磷苯并噁嗪树脂加入形成了新的环氧树脂体系，其可以同时作为固化剂和阻燃剂，不仅避免了现有技术需要分别额外加入固化剂和阻燃剂，优化了树脂材料加工工艺路线，降低了成本，同时本专利技术改性后的碳纤维增强环氧树脂复合材料力学性能以及热稳定性和阻燃性能相比与传统的环氧树脂和固化剂显著提升。
[0025]本专利技术设计并合成了一种含磷苯并噁嗪树脂，将其作为环氧树脂的阻燃剂和固化剂，和环氧树脂一起浸渍碳纤维织物，热压固化成碳纤维增强环氧树脂复合材料，可以作为柔性电路板的基体材料。由于该苯并噁嗪树脂高度交联的化学结构，使得改性的环氧树脂具有极佳的热稳定性，以制得高热稳定性环氧树脂来浸渍碳纤维织物，热压成碳纤维增强环氧树脂复合材料，轻量化高性能的碳纤复材作为柔性电路板的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强环氧树脂复合材料，其特征在于，由含磷苯并噁嗪树脂、环氧树脂、碳纤维织物组成，所述含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂的质量比为1:9
‑
10，所述含磷苯并噁嗪树脂其分子式如下：，其中，为以下结构中的任意一种：。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型或双酚F型环氧树脂。3.根据权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料，其特征在于，所述碳纤维织物为碳纤维布，包括为碳纤维平纹布、碳纤维斜纹布或碳纤维单向布。4.一种权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将ODOPB、胺类化合物、多聚甲醛混合，加入有机溶剂，加热反应，反应结束后旋蒸除去有机溶剂，再真空干燥得到含磷苯并噁嗪树脂单体；（2）将含磷苯并噁嗪树脂与环氧树脂混合，得到改性环氧树脂；将改性环氧树脂与碳纤维织物进行层压复合并固化，得到碳纤维增强环氧树脂复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘水国，张侃，杨蕊，魏彬彬，张琪，宋涛，
申请(专利权)人：常州宏巨电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：