[发明专利]一种高强度柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料及其制备方法，该形状记忆复合材料以氰酸酯树脂为基体树脂，端羧基液体丁腈橡胶和柔性环氧树脂为增韧剂，碳纤维材料为增强相，通过真空加热固化而成。增韧型氰酸酯树脂浇筑体适用期长、铺覆性好，与碳纤维通过现有成型工艺复合成型，所得柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料表面平整，无明显缺陷，具有拉伸强度高、拉伸模量高、剪切强度高、弯曲强度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种氰酸酯树脂/碳纤维复合形状记忆材料，特别涉一种由端羧基液体丁腈橡胶及柔性环氧树脂共同增韧氰酸酯树脂与碳纤维复合而成的形状记忆复合材料，该复合形状记忆材料具有优异的形状记忆性能、高拉伸强度、弯曲强度、剪切强度等优点，可应用于卫星线、桁架等折叠结构，属于航空航天材料技术领域。

背景技术

随着太空资源的不断开发与利用，在研究航空航天器件中需要更大型空间装置或结构，航空设备庞大的体积增加了将其从地球表面运输到太空环境中的难度。如何高效利用运载空间和减小运载体积是太空事业中急需解决的重点问题。形状记忆材料能够在地面上进行折叠，有效的减少运载体积，进入太空后精确地展开达到预定的形状。形状记忆聚合物是一种具有广阔应用前景的新型智能材料。目前主要研究的形状记忆聚合物主要有聚氨酯、聚降冰片烯、苯乙烯-丁二烯共聚物等。目前研究使用的热塑性形状记忆聚合物具有力学性能差、承受载荷小、玻璃化转变温度低等缺陷。单纯的形状记忆聚合物只能实现形状记忆功能，很难满足结构的强度和刚度的要求。为了解决形状记忆聚合物力学性能差等缺陷，聚合物/碳纤维复合型形状记忆材料的研究具有重要意义。

聚合物/碳纤维复合型状记忆材料具有密度低、强度高、形状记忆性能好等优点，是目前航空航天领域应用中引人注目的新型材料。与纯树脂形状记忆材料相比，聚合物/碳纤维复合型形状记忆材料具有较高的形变回复输出力、高刚度、高强度等优点。由于碳纤维模量高，当氰酸酯树脂/碳纤维复合材料受到外力的作用时，首先是在树脂表面形成基体裂纹，树脂基体与纤维界面脱粘，待树脂断裂后纤维主要承受载荷直至纤维断裂。同时在聚合物/碳纤维基形状记忆材料变形过程中碳纤维发生强迫拉伸形变，材料的内应力增加，形状回复速率加快。

发明内容

针对目前形状记忆聚合物材料存在强度、刚度等力学性能较差、形变回复速率较慢的问题，本发明的第一个目的是在于提供一种具有形变量大、回复速率快、密度低、高力学性能等优点的柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料的制备方法，该方法简单、成本低，有利于工业化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高强度柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料，其由碳纤维材料增强相与改性氰酸酯树脂基体复合而成；所述改性氰酸酯树脂基体包括以下质量组分：端羧基液体丁腈橡胶2～4份；柔性环氧树脂2～5份；氰酸酯树脂8～12份。

优选的方案，所述氰酸酯树脂包括双酚E型氰酸酯树脂和/或双酚A型氰酸酯树脂。最优选的氰酸酯树脂为双酚E型氰酸酯树脂，其在室温下呈液态，粘度：30～150mpa.s/25℃，可购买于湖北巨胜科技有限公司。

优选的方案，所述端羧基液体丁腈橡胶的分子量为2000～5000。分子量越大，材料的粘度越大，同等质量下反应的官能团越少，端羧基液体丁腈橡胶在树脂基体中团聚形成的橡胶相微粒可能会越大，会影响材料的力学性能，在优选的分子量范围内复合可以获得较好综合性能。

优选的方案，所述柔性环氧树脂包括Jef-0211、Jew-0114、Jef-0213中至少一种。最优选的柔性环氧树脂为Jef-0211柔性环氧树脂，其在室温下呈液态，粘度200～300mpa.s/25℃，环氧值0.35～0.40。

所述碳纤维材料占氰酸酯树脂/碳纤维复合型形状记忆材料总质量的40％～60％。