[发明专利]一种高耐热高韧性的环氧基体树脂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高耐热高韧性的环氧基体树脂及其制备方法与应用。

背景技术

环氧树脂具有较好的耐热性、力学性能及工艺性等优点，已经在许多领域得到广泛应用，目前是碳纤维复合材料最常用的基体树脂之一。碳/环氧复合材料具有比强度和比模量高、可设计性好、抗疲劳性好、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点在航天航空领域得到了广泛的应用。但是环氧树脂在固化后存在韧性不足的缺点，不能有效发挥碳纤维的性能，其碳纤维复合材料在承受载荷时往往由于环氧树脂的过早失效导致复合材料的破坏。为了适应高性能碳纤维复合材料对基体树脂的需求，环氧树脂的改性一直是相关领域的研究热点，兼具韧性、强度、耐热性和优良加工性能的环氧树脂一直是环氧树脂改性的发展方向。

环氧树脂的改性方法有很多，从添加第二相的方向来说，常见的有橡胶弹性体改性环氧树脂，纳米粒子改性环氧树脂，超支化聚合物改性环氧树脂以及热塑性树脂改性环氧树脂等；而从环氧树脂自身的分子链结构来说，主要是从环氧树脂和固化剂分子结构来进行改性。在这些改性方法中，单一的改性方法往往具有一定的局限性，比如橡胶弹性体改性环氧树脂时，能够有效提高环氧树脂体系的韧性，但会降低体系的耐热性和刚性。在吕建坤、益小苏的研究中(中国专利CN1376737)指出采用橡胶/粘土复合增韧环氧树脂，橡胶的加入提高了环氧树脂的韧性，粘土弥补了橡胶改性所引起的刚性下降，但树脂体系的耐热性下降。超支化聚合物改性环氧树脂是一种新近发展起来的改性方法，其特点在于能够在提高环氧树脂韧性的同时，不影响其粘度、模量和耐热性，但是超支化聚合物对于交联密度较高的环氧树脂体系的改性效果不佳，在Russell J Varley的研究中(Polymer International，2004，53：78)就指出了这个问题。热塑性树脂改性环氧树脂时，热塑性树脂的加入对于树脂体系的粘度影响较大，使基体树脂的工艺性能变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种高耐热高韧性的环氧基体树脂及其制备方法。

本发明所提供的环氧基体树脂是由下述成分制成：100质量份的环氧树脂，20-60质量份的固化剂，0.5-5.0质量份的固化促进剂和5-50质量份的热塑性树脂；所述环氧基体树脂的玻璃化温度为210-235℃，拉伸强度为80-86MPa，断裂延伸率为3.0％-3.3％，拉伸弹性模量为3.2-3.5GPa。

本发明所提供的制备环氧基体树脂的方法，可以采用热熔法进行制备，具体制备方法如下：将环氧树脂和热塑性树脂混合，在100-200℃加热搅拌至形成透明溶液，然后将透明溶液冷却到50-100℃，接着在所述透明溶液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌溶解得到所述的环氧基体树脂。

本发明所提供的制备环氧基体树脂的方法，也可以采用溶剂法进行制备，具体制备方法如下：将热塑性树脂在室温下溶于溶剂中，得到热塑性树脂的溶液，然后在所述溶液中加入环氧树脂、固化剂和固化促进剂，搅拌溶解得到所述环氧基体树脂。

其中，所述溶剂为下述七种物质中的一种或其任意组合：四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮。

本发明中所述环氧树脂为下述a)和/或b)；

所述a)为下述1)至5)中的至少一种缩水甘油胺类环氧树脂：

1)式(I)中R₁为H，R₂为H的化合物TGDDM；

2)式(I)中R₁为Cl，R₂为H的化合物DCTGDDM；

3)式(I)中R₁为CH₃，R₂为H的化合物DMTGDDM；

4)式(I)中R₁为Cl，R₂为Cl的化合物TCTGDDM；

5)式(I)中R₁为CH₃，R₂为CH₃的化合物TMTGDDM；

所述b)为下述六种物质中的至少一种：对苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1，2-环氧环己烷-4，5-二甲酸二缩水甘油酯、对氨基苯酚环氧树脂、双酚F型环氧树脂和双酚A型环氧树脂；

式(I)。

本发明中所述固化剂为下述c)和/或d)；

所述c)为下述6)-12)中的至少一种：