[发明专利]环氧树脂组合物及使用其制备胶膜、预浸料、复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维环氧树脂预浸料、其复合材料以及预浸料、其原料胶膜、其复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维/聚合物复合材料最初只应用于航空航天、国防军工等高尖端领域，随着碳纤维生产规模的扩大、成本的降低以及碳纤维应用技术的发展，碳纤维增强聚合物复合材料在民用领域的应用也得到了迅速的发展。它们广泛应用于航空航天、军工、汽车工业、体育运动器材(如自行车、球拍、鱼竿、滑雪板和帆船等)和建筑材料等领域。

碳纤维增强环氧树脂预浸料是碳纤维增强环氧树脂复合材料的中间产物，其性能的好坏直接影响复合材料的性能好坏，因此，在预浸料生产过程中，对树脂配方和预浸料加工工艺的研究至关重要。

根据碳纤维增强环氧树脂预浸料的特点及发展趋势，以碳纤维为增强材料，采用胶膜法(干法的一种)，开发单向碳纤维增强环氧树脂预浸料。胶膜法制造预浸料不含溶剂，有利于制成低空隙含量的高性能复合材料；胶膜的厚度是可控制的，因而预浸料中树脂含量也可得到精确控制；对树脂基体材料配制成的糊状体或胶膜可随时检查它们的凝胶时间、粘性等技术指标，从而可严格控制预浸料的质量。

单向碳纤维增强环氧树脂复合材料弯曲强度主要由纤维承担大部分载荷，而复合材料的层间剪切强度主要由纤维与基体间的界面粘接强度和基体的强度决定。基体和纤维增强材料之间界面粘接强度主要由树脂基体本身以及复合材料加工工艺决定，因此，在树脂组合物确定的情况下，复合材料加工工艺就显得至关重要。

另外，环氧树脂固化剂的种类和结构很大程度上决定着树脂体系的固化行为、强度。直链结构型的脂肪胺具有柔性链段，链段构象多，赋予环氧树脂固化物一定的柔韧性和冲击强度，但同时会降低固化物弯曲强度；芳香族胺类固化剂具有刚性苯环结构，使环氧树脂固化物的力学性能大大提高。因此，针对高强度的碳纤维增强环氧树脂复合材料中，芳香胺的使用比脂肪胺较为理想。但是，芳香胺一般都是结晶体，与脂肪胺使用操作上较麻烦，若使用时与环氧树脂加热混合往往会缩短适用期。在制备预浸料中，树脂太硬而预浸料发脆，树脂粘度太小又影响预浸料的制备及复合材料的加工。因此，树脂组合物在各温度下的物态控制很重要。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免溶剂的使用及降低复合材料中的空隙含量，本发明提供了一种固化剂为固体的树脂组合物，利用胶膜法制备单向碳纤维增强环氧树脂预浸料。但是，胶膜法要求树脂基体熔融温度较低，且熔融后具有较低的粘度。

另外，为了得到较高力学性能的复合材料，本发明通过优化复合材料加工工艺条件，提出了一种单向碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法。

技术方案：

一种用于形成预浸料的树脂组合物，配方和配比为：环氧树脂A，20～80质量份数；环氧树脂B，20～80质量份数；芳香胺固化剂：13～35质量份数。另外，预浸料成分还包括碳纤维。

所述的环氧树脂为：E-55、E-51、E-44、E-42、E-33、E-21、E-20、CYD-011、CYD-012、CYD-014、CYD-128。芳香胺为：对苯二胺、间苯二胺、4，4’-二氨基二苯甲烷、4，4’-二氨基二苯基砜。

所述的碳纤维为通用碳纤维：T300、T400H、T700、T800、IM6、IM7、IM8中的一种，每束碳纤维为3K、6K或12K。

一种上述树脂组合物的胶膜的制备方法，制备方法如下：

a、按前述质量比例称取液体环氧树脂、固体环氧树脂、固化剂芳香胺，先将部分液体环氧树脂及固化剂置于容器中加热、搅拌条件下升温至100～180℃，搅拌均匀，并快速冷却至70℃以下；

b、再将剩余的环氧树脂加入到上述混合物中，在90℃条件下搅拌均匀，并于真空烘箱中脱泡；

c、将上述b中均匀混合物倾倒在脱膜纸上，在温度为60～90℃的平台上，采用刮膜法制备厚度均匀、表面光滑、不粘手、不粘纸且可随意弯曲的胶膜。

上述c中胶膜的厚度根据预浸料中的含胶量而改变，并且树脂基体(胶膜)熔融温度较低，且熔融后具有较低的粘度。

一种上述单向碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备，其制备方法如下：

a、让树脂胶膜与碳纤维相遇，并嵌合在一起，其中，环氧树脂组合物胶膜的质量份数为：30～50份，以预浸料的总质量份数为100份计算；

b、将上述树脂胶膜与碳纤维的嵌合物通过热压辊，使树脂组合物与碳纤维均匀镶嵌，制备的预浸料厚度为0.17～0.18mm；