[发明专利]紫外光固化树脂组合物及其纤维增强树脂基复合材料

说明书

(一)技术领域

本发明涉及光固化技术、树脂基复合材料技术领域，具体地说是一种具有快速自蔓延固化特点的紫外光固化树脂组合物及其纤维增强树脂基复合材料。

(二)背景技术

紫外光固化反应属于辐射固化中最常见的一类，该反应所需活化能低，反应可在较宽的温度范围内进行，特别是易于进行低温固化，可有效消除由于高温固化引发的热应力，是一种绿色、环保的材料制备技术。

树脂基复合材料一般由增强相和基体相组成，常用的增强相多为无机纤维，如玻璃纤维、碳纤维；基体相为有机高分子材料。现有树脂基复合材料基本上是采用传统的热固化方式生产制造的，该方法能耗大、固化时间长，生产成本高。由于紫外光固化则可在室温、甚至更低的温度下实现快速固化。因此，如果将紫外光固化技术引入到复合材料的制备中，对于降低生产成本、提高生产效率具有重要的理论和现实意义。

紫外光固化技术主要分自由基光固化和阳离子光固化两种机理。相对于自由基光固化，阳离子光固化具有反应活性中心不灭的特点，可在停止光照后继续进行固化反应，尤其适用于三维部件的固化，近年来一度成为研究的热点。但受制于紫外光穿透能力有限、以及不透光增强相对紫外光的遮挡或衰减作用，紫外光固化通常适用于能够透光的玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备，且制备时需逐层铺设玻璃纤维、逐层固化，无法实现一次性快速深层固化。同时，为了提高树脂固化后的性能，需添加功能性填料或颜料，这会影响固化效果，甚至导致无法固化。对于含不透光增强相体系，如碳纤维增强复合材料的紫外光固化，则未见相关报道。以上不足之处极大影响紫外光固化技术在复合材料技术领域中的应用。

自蔓延波聚合是一种通过局部反应区域向未反应区域连续移动将单体转化为聚合物的反应模式，自蔓延固化技术为本技术问题的解决提供了一个极具价值的参考方案。目前报道的能进行自蔓延固化的树脂体系大多为热引发的自由基固化体系，尚未见到能用于碳纤维增强树脂基复合材料的报道。

(三)发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种可快速深层固化的、即使停止光照也可自行进行自蔓延固化的、且对树脂基复合材料增强相透光性能无限制的紫外光固化树脂组合物及其碳纤维增强树脂基复合材料。

本发明的紫外光固化树脂组合物及其纤维增强树脂基复合材料反应模型或者理论依据如下：在紫外光辐照下，阳离子光引发剂分解产生超强质子酸，从而引发阳离子聚合反应；聚合反应的放热以及阳离子光引发剂分解共同促使热引发剂分解产生自由基，所产生的自由基可以进一步诱发阳离子发光引发剂的分解，引发阳离子聚合反应，同时自由基可引发丙烯酸酯单体的聚合反应；如此，反应一旦引发后，在聚合反应放热的驱动下，体系可以自行自蔓延固化。这样，在紫外光停止辐照或无法直接辐照的深层树脂区域，无论浅表或底部难见光区域均可快速固化，且不受纤维增强相透光性能和铺设层数的限制，整个树脂体系表现出自蔓延固化的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种紫外光固化树脂组合物，其配方中原料组成及各组分重量份如下：环氧树脂90-110份，阳离子光引发剂0.1-0.7份，热引发剂0.1-0.5份。

所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或多种，如E44环氧树脂、E51环氧树脂、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、环氧改性有机硅树脂中的一种或多种。

所述阳离子光引发剂为碘鎓盐、硫鎓盐中的一种或多种，如4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸盐、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐中的一种或多种。

所述热引发剂为过氧化物类引发剂、偶氮类引发剂中的一种或多种，如过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰中的一种或多种。

本发明的紫外光固化树脂组合物，除配方中规定的原料组成和各组分重量份之外，还可以配合光敏剂0-1重量份、活性稀释剂0-35重量份、添加剂0-30重量份或丙烯酸酯5-40重量份。

所述光敏剂为α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，二苯酮，安息香甲醚，安息香异丙基醚，安息香丁醚，苯偶酰，米蚩酮，硫杂蒽酮中的一种或多种。光敏剂的引入，有利于缩短光固化时间，提高光固化效率。

所述活性稀释剂为环氧丙烷苄基醚、环氧丙烷苯基醚、C12～C14烷基缩水甘油醚、丙烯基缩水甘油醚、双缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚中的一种或多种。活性稀释剂的引入，可用于调节环氧树脂的黏度，改善操作工艺系统的可操作性。