[发明专利]一种碳纤维复合材料用基体树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料及其制备领域，特别涉及一种碳纤维复合材料用基体树脂及其制备方法。

背景技术

随着航空航天、电子、微电子、电机、电气、汽车、动车高铁、舰船潜艇等高技术领域的迅猛发展，对先进复合材料的需求与日俱增，对其性能要求也愈来愈高。因此，开发高性能先进复合材料已成为当今新材料领域发展的主要方向之一，受到世界各国的高度重视。

复合材料主要由两大部分组成，即基体与增强材料。根据基体材料不同，复合材料可分为三大类：树脂基复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料。三种复合材料中，以树脂基复合材料用量为最大，占所有复合材料用量的90%以上。

与传统材料相比，树脂基复合材料在设计与制造上具有三个明显的特点：材料性能指标的自由设计性；材料与结构的一致性；产品型体设计的自由性。

树脂基复合材料具有突出的优点，主要表现在：

（1）轻质高强，即比强度，比模量高。强度、模量分别除以密度之值，是衡量材料承载能力的指标之一。玻璃钢的比强度可达钢材的4倍；碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度可达钛的4.9倍，比模量可达铝的5.7倍多。这对要求自重轻的产品意义颇大。如A340空中客车型飞机的尾翼、起落架、舱门、机翼与机舱过渡段外缘、驾驶舱窗框等均为树脂基复合材料，占整架飞机结构件重量的15%。

（2）抗疲劳性好；

（3）减震性好；

（4）破损安全性好；

（5）耐化学腐蚀性好；

（6）电性能好；

（7）热导率低、线膨胀系数小，在有温差时所产生的热应力比金属低得多；

（8）可制得透明及各种色彩的产品；

（9）成型工艺性优越。

因此，当今发达国家与脱颖而出的发展中国家与地区，均十分重视树脂基复合材料工业的发展，对国民经济影响也愈来愈大，先进的军事装备、航空与航天技术、能源工程、生物工程、海洋工程、乃至工业与民用建筑、交通运输、体育休闲等多个领域无不与树脂基复合材料息息相关。

众所周知，环氧树脂具有许多优良的性能：（1）良好的粘接性能：粘接强度高，粘接面广，它与许多金属（如铁、钢、铜、铝、金属合金等）或非金属材料（如玻璃、陶瓷、木材、塑料等）的粘接强度非常高，有的甚至超过被粘材料本身的强度，因此可用于许多受力结构件中，是结构型粘合剂的主要成分之一；（2）良好的加工性能：环氧树脂配方的灵活性、加工工艺和制品性能的多样性是高分子材料中最为突出的；（3）良好的稳定性能：环氧树脂的固化主要是依靠环氧基的开环加成聚合，因此固化过程中不产生低分子物，其固化收缩率是热固性树脂中最低的品种之一，一般为1%-2%，如果选择适当的填料可使收缩率降至0.2%左右；固化后的环氧树脂主链是醚键、苯环、三维交联结构，因此具有优异的耐酸碱性。

因此，环氧树脂在国民经济的各个领域中被广泛应用：无论是高新技术领域还是通用技术领域，无论是国防军工还是民用工业，乃至人们的日常生活中均能看到它的踪迹。

有关耐高温环氧体系已经有所报道：中国专利CN101148656A公开一种耐高温无溶剂环氧胶粘剂的制备方法，其主要特征在于：TGDDM环氧树脂、增韧剂、氢化双酚A、固化剂、促进剂混合均匀，制得了耐高温无溶剂环氧胶粘剂。但其耐高温性能仍然有较大的局限性，未能满足许多高温环境下的实际应用。

中国专利CN101397486A公开了一种双组分无溶剂环氧树脂胶粘剂的制备方法，其主要特征在于：它包括A组分和B组分,其中A组分含有酚醛环氧树脂、脂环型环氧树脂和端羧基丁腈橡胶；B组分是1,4-双(2,4-二氨基苯氧基)苯芳香族多元胺固化剂。脂环型环氧树脂和端羧基丁腈橡胶的添加量分别为酚醛环氧树脂的20-35%和12%（质量百分数）。1,4-双(2,4-二氨基苯氧基)苯芳香族多元胺固化剂的添加量为酚醛环氧树脂的15-20%（质量百分数），所得胶粘剂体系工艺性好。但其耐热性能还不够理想。

中国发明专利CN101962436A公开了一种先进复合材料用耐高温改性多官能环氧基体树脂及其制备方法，其主要特征在于：采用1,4-双（2,4-二马来酰亚胺基苯氧基）苯的四马来酰亚胺树脂与多官能环氧树脂、端羧基丁腈橡胶CTBN反应得到高韧性的新型耐高温树脂，加入有机溶剂，搅拌溶解均匀，得到均相透明的粘稠状液体，即A组分；固化剂与有机溶剂混合，搅拌溶解均匀，即得B组分；将A、B组分进行混合，搅拌均匀，即得先进复合材料用耐高温改性多官能环氧基体树脂溶液。