[发明专利]一种高强高模环氧树脂组合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高强高模环氧树脂组合物及其制备方法与应用。所述环氧树脂组合物由下述组分制成：式Ⅰ所示间苯二胺四环氧丙基环氧树脂；含有间位取代结构的固体芳香胺固化剂；热塑性树脂改性剂。本发明环氧树脂组合物中的环氧主组分间苯二胺四环氧丙基环氧分子结构中极性基团含量低，因此固化物具有低稀释率的特点；而且间苯二胺四环氧丙基环氧室温粘度较低且固化活性适中，使环氧树脂组合物具有良好的工艺性。本发明利用间苯二胺四环氧丙基环氧树脂作为环氧主组分与间位取代的芳香胺固化剂固化能够产生交联密度更高、分子堆砌更紧密规整的交联网络，固化物也具有更高的模量与强度。

技术领域

本发明涉及一种高强高模环氧树脂组合物及其制备方法与应用，属于热固性树脂领域。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料以其高比强度、高比模量、抗疲劳等突出优点作为结构材料在航空、航天、轨道交通、体育用品等国民经济各个领域得到了广泛的应用。就材料组成而言，碳纤维增强树脂基复合材料是以树脂聚合物为基体、以连续碳纤维作为增强体的一类复合材料，其中环氧树脂凭借良好的力学性能、耐热性、耐腐蚀和优异的工艺性等优点，成为结构复合材料领域最重要和使用最普遍的树脂基体之一。以环氧树脂为基体的碳纤维结构复合材料通常通过预浸料-热压罐方式进行制造，即首先将未固化的环氧树脂组合物加热软化后含浸到碳纤维中得到碳纤维预浸料，然后再将片状或带状预浸料进行铺叠层合或缠绕得到预成型体，最后在热压罐中进行加热加压固化得到低孔隙率的复合材料制件。

近年来，随着航天器、大飞机和新能源汽车等装备对结构减重要求的不断提升，提高复合材料的抗压承载能力变得愈发重要。M.Miwa等(Journal of Materials Science,1998,33,3885-3890)研究结果表明复合材料的压缩强度与环氧树脂基体的杨氏模量成正比，因此提高树脂基体的杨氏模量是提高复合材料压缩强度的最有效途径之一。专利文献1(US4480082-A)公开了利用反增塑原理在环氧树脂中引入一种结构中含有芳香酰胺结构的增强剂，使环氧树脂的力学强度和模量得到大幅度提升，但增强剂的引入会使树脂的玻璃化温度明显降低，影响复合材料的耐热性。专利文献2(JP2003026768-A)公开了含有多官能度环氧、二缩水甘油基苯胺环氧和4,4’-二氨基二苯砜的环氧树脂组合物，但树脂的弹性模量和复合材料压缩强度技术指标并不十分理想。专利文献3(US20150315331-A1)公开了使用含有苯酰替苯胺结构的缩水甘油胺环氧树脂作为主体树脂，可以制得高弯曲模量的树脂基体与高压缩强度的复合材料。专利文献4(CN201480037947.8)公开了使用一种主链至少含有三个苯基且苯基之间通过烷基或极性基团桥接的芳香胺固化剂与多官能度环氧树脂进行固化，可以获得高弯曲弹性模量的树脂组合物，进而制得高压缩强度的复合材料。但专利文献3和4公开的特殊环氧单体或固化剂一方面存在制备步骤繁琐、成本昂贵等潜在问题，另一方面分子结构中的极性基团也会对树脂及复合材料的耐湿热性能带来不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种环氧树脂组合物，其固化物不仅具有高强度、高模量的优点，而且还有良好的韧性、低吸湿以及优异的工艺性，适合通过热熔工艺制备碳纤维预浸料，成型后的复合材料具有高压缩强度的特点。

本发明所提供的环氧树脂组合物，由下述组分制成：

组分A：式Ⅰ所示的间苯二胺四环氧丙基环氧树脂；

组分A₁：官能度大于2的多官能度环氧树脂；

组分B：含有间位取代结构的固体芳香胺固化剂；

组分C：热塑性树脂改性剂。

上述的环氧树脂组合物中，所述环氧树脂组合物中各组分的质量比为：

组分A 100；组分A₁ 0～100；组分B 30～200；组分C 0～70，所述组分A₁的含量可为零，所述组分C的含量不为零，优选为下述1)-5)中任一种：