[发明专利]一种复合材料液体灌注成型用低粘度、低放热、高强度、高韧性环氧树脂/固化剂体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料液体灌注成型用低粘度、低放热、高性能环氧树脂/固化剂体系，属于环氧树脂技术领域。

背景技术

纤维增强环氧树脂复合材料具有比强度高、比模量高，密度小、结构尺寸稳定、耐腐蚀、抗疲劳以及材料性能可设计等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、风电叶片制造、化工防腐、建筑工程和体育器材等领域。

液体灌注成型技术是复合材料快速成型的新工艺，是液体树脂在真空压力场作用下注入预先铺设纤维增强材料的模具内，借助负压的作用液体树脂均匀完全地浸渍、渗透整个纤维层，并同时完成自身交联固化反应形成制品。液体灌注成型工艺具有效率高、生产周期短、过程简单、成本低的优点。

环氧树脂/固化剂体系具有低粘度、低固化反应放热、优异的综合力学性能是保证液体灌注成型工艺实施和纤维复合材料大型制件稳定性能的必要条件。

降低环氧树脂体系粘度有效的方法是采用添加火星稀释剂，通常采用的活性稀释剂有：丁二醇缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、环己醇缩水甘油醚等。但是，添加稀释剂通常会带来材料的力学性能下降，同时，当稀释剂的环氧值较大时还会引起固化反应放热的升高。

中国发明专利申请CN101880443A公开了采用聚乙二醇二缩水甘油醚为活性稀释剂，添加量为10份时体系粘度大幅度降低，但是拉伸强度<70MPa，模量<2.8GPa，综合力学性能差。另外，该专利也采用加入25份的环己醇二缩水甘油醚稀释剂降低粘度，力学性能在75MPa左右，但因为稀释剂环己醇二缩水甘油醚的环氧值高，导致整个体系环氧值高，会引起固化放热量和固化放热峰温度升高。

中国发明专利申请CN200610116710.6公开了一种低放热峰环氧乙烯基酯树脂的合成工艺，采用双酚A环氧树脂与一元羧酸反应合成环氧乙烯基酯树脂，固化放热峰在120℃左右，但是，环氧乙烯基酯树脂耐腐蚀性尤其耐碱性较差，远不如环氧树脂。

中国发明专利申请CN201010597675.0公开了一种低放热室温固化环氧胶黏剂，采用加入1～10份低放热促进剂DMP-30，但是会引起力学强度降低。

中国发明专利申请CN200980113220.2，公开了经历吸热相变以降低基于环氧树脂的组合物的反应放热量的填料的应用，采用加入吸热转变添加剂，例如聚乙烯粉末，但会引起体系粘度剧烈增加，体系粘度大。

固化放热是影响大型复合材料制品生产和质量的重要因素，若固化放热集中，一方面会引起局部过热，导致产品固化不均匀，产生内应力，产品质量差，另一方面整个固化体系过热，反应速度过快，不易控制，可能使产品产生焦烧，甚至引发危险。因此，需要开发低放热、固化速率较快的环氧树脂。

发明内容

本发明的目的是提出一种复合材料液体灌注成型用低粘度、低放热、高强度环氧树脂/固化剂体系，采用添加少量稀释剂和预聚的方法进行改性，在保持低粘度的同时，具有环氧基团含量低，从根本上降低固化放热的特点，同时，因为添加稀释剂量少，并能加入更多的促进剂，提高反应速率，本发明适用各种环氧树脂，方法简单。

本发明提出的低粘度、低放热、高强度、高韧性环氧树脂/固化剂体系包括三部分，包括基体树脂、固化剂、促进剂；其中，基体树脂为胺类改性环氧树脂和活性环氧树脂稀释剂混合物，固化剂为酸酐。通过原料选择、预聚反应、固化而得到固化物，本发明所述的体系具有粘度低，适合复合材料液体灌注成型；本发明所述的体系的固化反应具有反应平稳、固化反应放热低、固化成型速度快的特点；固化物具有拉伸强度高、拉伸模量高、韧性好的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：由胺类化合物改性环氧树脂，降低环氧基团含量，添加少量环氧树脂活性稀释剂，降低粘度，采用酸酐为固化剂，在进一步降低体系的粘度的同时，保证完整的交联网络，提高强度和韧性。采用固化促进剂调节体系固化速度和固化放热。胺改性的环氧树脂与环氧树脂活性稀释剂混合均匀成为环氧树脂组分，酸酐为固化剂组分，及固化促进剂为固化促进剂组分。

本发明中，复合材料液体灌注成型用低粘度、低放热、高强度、高韧性环氧树脂/固化剂体系，其特征在于，包括基体树脂、固化剂、促进剂，所述的各组分质量百分含量：基体树脂为39％～65％，固化剂酸酐为34％～60％，促进剂为0.1％～1.5％，其总质量按100％计。

本发明中，基体树脂为胺类改性环氧树脂和活性环氧树脂稀释剂混合物。