[发明专利]一种增韧环氧树脂复合材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种增韧环氧树脂复合材料及其制备和应用，按重量份数，原料组分包括：环氧树脂80‑100份，固化剂10‑20份，聚砜PSF 10‑25份，碳纳米管和/或石墨烯0.01‑1份。本发明提供的环氧树脂，冲击韧性、弯曲强度与模量、拉伸强度与模量都有一定的提高。

技术领域

本发明属于环氧树脂复合材料及其制备和应用领域，特别涉及一种增韧环氧树脂复合材料及其制备和应用。

背景技术

环氧树脂是分子中含有两个或两个以上环氧基团的一类热固性聚合物，因具有优异的机械性能、耐热性、化学稳定性等特性，而广泛应用于先进复合材料的主要树脂基体。由于环氧树脂固化后交联密度高，呈三维网状结构，因而存在内应力大、质脆、耐冲击性差等缺点，难以满足先进复合材料在工程领域的要求，使其应用受到一定的限制。因此对环氧树脂的增韧改性一直是研究的热门课题。

碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的同轴中空“微管”，两端的“碳帽”由五边形或七边形网格参与封闭。根据石墨片层数的不同，碳纳米管可分为单壁管和多壁管两种，由于碳纳米管的径向尺寸很小，直径一般在几纳米到几十纳米，而碳纳米管的长度一般在几微米到几毫米，因此，碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料，是世纪最有前途的纳米材料之一，在理论上是复合材料理想的功能和增强材料。

聚砜是一种热塑性工程塑料，力学性能优异，刚性大，耐磨，高强度，即使在高温下也保持优良的力学性能，长期使用温度为160℃，短期使用温度为190℃，热稳定性高，耐水解，尺寸稳定性好，成型收缩率下，无毒，耐辐射，耐燃，有自熄性。在整个热塑性塑料中具有最高的蠕变性。它改性环氧树脂后产物的韧性断裂强度有明显增大，一般而言，其分子量越大，所占比重越大，改性氧树脂的韧性越大，但是体系的熔融勃度也随之增大，加工性能下降。

碳纳米管和碳纳米纤维增强复合材料己经成为碳纳米材料研究领域的一个热点。与传统的聚丙烯腈基碳纤维相比，碳纳米管和碳纳米纤维具有优异的弹性模量、强度、断裂韧性和弯曲性能，因此碳纳米材料可作为增强体制备力学性能优异的纳米复合材料，另外的加入还可以提高复合材料的玻璃化转变温度，改善复合材料的耐热性能。环氧树脂是复合材料常用的热固性树脂基体，如果以碳纳米管作为环氧树脂的固化剂与环氧树脂形成交联网络，既可以改善碳纳米管的分散性，又可以得到性能优良的增强复合材料。CN109517344 A公开了一种高模量高韧性环氧树脂，但是所加入的增韧剂含量较大，生产成本较高，生产过程较为复杂，而且纳米粒子在增韧体系中的分散效果不优。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增韧环氧树脂复合材料及其制备和应用，克服现有无机纳米粒子在树脂基体中分散不均的的缺陷，本发明一种以环氧树脂为基料，添加碳纳米管或石墨烯、聚砜树脂和固化剂，加热固化得到碳纳米管和聚砜增强增韧的环氧树脂复合材料。

本发明的一种环氧树脂复合材料，按重量份数，原料组分包括：环氧树脂80-100份，固化剂10-20份，聚砜PSF 10-25份，碳纳米管和/或石墨烯0.01-1份。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂中的一种；所用的聚砜是羟基封端。

所述胺类固化剂为DETDA或者GY-051，酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐或甲基六氢苯酐；环氧树脂为环氧树脂E51。

按重量份数，原料组分为：环氧树脂80份；固化剂20份，聚砜10-25份，石墨烯0.25-1份。

按重量份数，原料组分为：环氧树脂80份；固化剂20份，聚砜10-25份，碳纳米管0.01-0.125份。

本发明的一种环氧树脂复合材料的制备方法，包括：

(1)将烘干的环氧树脂和聚砜混合，油浴锅加热搅拌至体系由浑浊变为澄清，加入碳纳米管和/或石墨烯分散液，搅拌，真空脱泡，加入固化剂，得到固化体系；