[发明专利]成型碳纤维复合材料的甲基丙烯酸甲酯树脂原位聚合体系

说明书

本发明是一种成型碳纤维复合材料的甲基丙烯酸甲酯树脂原位聚合体系，该体系是由作为树脂单体的甲基丙烯酸甲酯、作为引发剂的过氧化二苯甲酰和作为催化剂的氮‑氮二甲基对甲苯胺混合组成。其中，过氧化二苯甲酰在该体系中的摩尔百分比为0.02mol％‑2mol％，过氧化二苯甲酰与氮‑氮二甲基对甲苯胺的含量比为2∶1。该体系采用热塑性液体成型方法，通过在增强体表面原位聚合树脂成型碳纤维复合材料。本发明制备了性能合格的热塑性复合材料，成型周期大幅缩短，经济效益好，适合产业化生产。

技术领域

本发明是一种成型碳纤维复合材料的甲基丙烯酸甲酯树脂原位聚合体系，属树脂基复合材料领域。

背景技术

聚合物基复合材料由树脂(基体)与纤维(增强体)复合而成，能获得两种单一组分不能达到的优异性能。热塑性树脂原位聚合方法早在上个世纪60年代就有研究报道，受限于当时的技术，这一方法未能大范围推广。

近几十年来，聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备工艺均为热熔工艺。这种工艺是将聚合完成的聚甲基丙烯酸甲酯树脂加热熔融，使得树脂粘度降低至流动状态，随后浸润纤维的方法。由于聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的粘度很大，这种工艺方法需要较高的温度和压力驱使这种树脂填补纤维中的空隙。致使该工艺操作复杂，耗能大且难以制备尺寸较大、形状较复杂、界面结合较强的热塑性复合材料。基于复合材料成型技术的发展，对于甲基丙烯酸甲酯的原位聚合研究近几年成为了一个热点方向。对于这一树脂的新型成型方法，主要研究集中在其聚合路线和传热模拟上，旨在合理预测与调控成型温度。这些研究能指导工业生产中的一次快速成型方法，为生产效率提高提供理论依据。

甲基丙烯酸甲酯树脂放热量与收缩量较大，按照传统有机玻璃制备方法难以一次快速成型纤维增强热塑性复合材料。一方面是成型过程粘度的要求不同，液体成型复合材料要求树脂充模粘度在1000mPa.s以下。另一方面原因是，复合材料的快速成型需要避免热失控造成制件损失。选择室温引发的树脂体系能够较好的避免热失控，同时在合适的温度下能够极大的加速反应进程，缩短成型周期。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种成型碳纤维复合材料的甲基丙烯酸甲酯树脂原位聚合体系，其目的是为这一树脂体系复合材料提供了新的成型方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种成型碳纤维复合材料的甲基丙烯酸甲酯树脂原位聚合体系是由作为树脂单体的甲基丙烯酸甲酯、作为引发剂的过氧化二苯甲酰和作为催化剂的氮-氮二甲基对甲苯胺混合而成，其中，过氧化二苯甲酰在该体系中的摩尔百分比为0.02mol％-2mol％，过氧化二苯甲酰与氮-氮二甲基对甲苯胺的含量比为2∶1，该体系采用热塑性液体成型方法，通过原位聚合在增强体表面直接聚合树脂成型碳纤维复合材料。

在一种实施中，所述碳纤维是经高温去除表面浆剂的T300碳纤维织物，织物结构为平纹、斜纹、缎文织物、帘子布和无屈曲织物。

在一种实施中，该体系在成型碳纤维复合材料时，注入混合树脂前静置时间为5-30分钟，静置温度为30℃。

在一种实施中，该体系在成型碳纤维复合材料时，混合树脂初始粘度为0.6mPa.s-1mPa.s。

在一种实施中，该体系在成型碳纤维复合材料时，混合树脂的充模温度为30℃，混合树脂粘度为10mPa.s-100mPa.s，混合树脂充模时间为5-30分钟。

在一种实施中，该体系在成型碳纤维复合材料时，混合树脂利用真空进行充模。

在一种实施中，该体系在成型碳纤维复合材料时，成型温度为30-60℃，恒温0.5-2小时。

在一种实施中，该体系在成型碳纤维复合材料时，后固化阶段温度为110-150℃，恒温0.5小时。