[发明专利]一种碳纤维复合芯用耐高温氰酸酯树脂配方及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，更确切的说是涉及架空导线使用的碳纤维复合芯软铝绞线（ACCC，Aluminum Conductor Composite Core）使用的碳纤维复合芯的生产过程，具体涉及用于碳纤维复合芯拉挤工艺的树脂配方及其制备技术。

背景技术

碳纤维复合芯软铝绞线由碳纤维复合芯和软铝导体构成，与传统钢芯铝绞线相比，承力件由钢芯替换成碳纤维复合芯，由于碳纤维具有负值的热膨胀系数，输电线路工作温度提高时，其弧垂不会像钢芯铝绞线那样显著增加，因而可以通过提升工作温度来增加输电线路的输送容量。在输电线路工作温度上升到碳纤维复合芯树脂基体玻璃化温度附近时，碳纤维复合芯中的树脂基体将不可避免的发生软化从而丧失力学性能，因此碳纤维复合芯软铝绞线的工作温度极限受制于碳纤维复合芯使用的基体材料耐热性。目前，ACCC使用的碳纤维复合芯树脂基体以环氧树脂为主，通常采用4，4′二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺配合甲基六氢苯酐或甲基纳迪克酸酐体系进行固化，耐热性在170-190℃之间，但该体系为保证树脂足够的耐热性，在树脂韧性与固化速度方面均有较大的牺牲，且其耐热性已经达到环氧树脂所能达到的极限。如需进一步提升碳纤维复合芯软铝绞线的的工作温度实现输电扩容，采用环氧树脂体系已无可能，开发新一代耐高温树脂体系迫在眉睫。

发明内容

本发明提供了一种具有优异耐高温特性的碳纤维复合芯树脂基体配方及其制备方法，其配方设计思路是：采用较环氧树脂具有更加出众耐高温特性与内生韧性的氰酸酯树脂作为配方主体，在树脂配方中适当引入液体橡胶进行增韧，利用少量的活性环氧稀释剂进行粘度调节，最后通过催化剂体系的选用降低配方整体的固化温度，使其适用于碳纤维复合芯拉挤成型工艺。此外，为提高配方应用于拉挤工艺时的生产效率，配方可以在使用前经过一定的预聚处理，从而减少拉挤成型过程中的熟化与定型时间，达到提升配方工艺性的目的。

本发明涉及一种碳纤维复合芯用耐高温氰酸酯树脂配方，其重量百分比如下：

氰酸酯树脂  65～94%

催化剂     0.04～8%

稀释剂       0～20%

增韧剂       7～15%

配方总量       100%。

所述碳纤维复合芯用耐高温氰酸酯树脂配方树脂主体采用具有两个以上氰酸酯官能团（-OCN）的氰酸酯树脂单体或其预聚物，如双酚A型氰酸酯树脂单体或其预聚物、双酚E型氰酸酯树脂、酚醛性氰酸酯树脂、双酚F型氰酸酯树脂、双酚M型氰酸酯树脂、双环戊二烯二烯型氰酸酯等；根据工艺需要，配方可使用上述单一品种氰酸酯单体或预聚物作为主体，也可以使用多种不同种类氰酸酯单体或预聚物进行配伍，使用多种不同氰酸酯树脂进行配伍时，，一般选用双酚A型氰酸酯树脂预聚物，且其含量通常不超过30wt%，使用多种氰酸酯树脂进行配伍时，氰酸酯单体品种一般不超过三种。使用多种氰酸酯树脂及其预聚物配伍时，其改性目的及用量指导如下：

氰酸酯树脂主体：              用途          用量（wt）

双酚A型氰酸酯树脂预聚物   缩短熟化时间      0～30%

双酚E型氰酸酯树脂          调节粘度         0～100%

酚醛型氰酸酯树脂            提升耐热性        0～30%

其余的氰酸酯树脂             主体树脂          余量

所述碳纤维复合芯用耐高温氰酸酯树脂配方使用的催化剂可采用过渡金属有机化合物/壬基酚体系或有机锡化合物体系，前者使用的过渡金属有机化合物包含铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)等过渡金属元素的乙酰丙酮盐或环烷酸盐，其典型如下：1%乙酰丙酮钴/5%壬基酚。使用有机锡化合物体系进行配方催化时，可供选择的有机锡化合物通常包括辛酸亚锡、双正丁基氧化锡、双正辛基氧化锡、二月桂酸二丁基锡等，其催化剂典型如0.06wt%二月桂酸二丁基锡，有机锡化合物催化体系使用配方中含有的少量水分作为质子供体，因而无需添加额外的辅催化剂。通常情况下，上述两种催化剂体系中，均只需使用一种有机金属盐即可实现催化效果，不必采取多种不同的有机金属盐进行配伍使用。