[发明专利]光固化组合物、涂料及其制备方法、碳纤维预浸料及其制备方法和纤维复合材料

说明书

本发明提供了一种光固化组合物、涂料及其制备方法、碳纤维预浸料及其制备方法和纤维复合材料。该光固化组合物包括单体、阳离子光引发剂和感光性树脂，该单体为氧杂环丁烷单体，氧杂环丁烷单体的结构式为其中R₁为C₁‑C₅的烷基，R₂选自卤素、羟基、C₁‑C₄₀的直链烷基或C₃‑C₄₀支链烷基、C₁‑C₄₀的链烯基中的任意一种，且直链烷基、支链烷基和链烯基中的碳或氢可被一个或多个醚键、碳基、苯基、取代苯基或取代。利用氧杂环丁烷单体可光引发开环和相较三元环氧活性低的特点，有效保证了光引发后体系的稳定性，注入时能保持低粘度而浸湿性优异，并且成型时能够缩短固化时间。

技术领域

本发明涉及光固化材料技术领域，具体而言，涉及一种光固化组合物、涂料及其制备方法、碳纤维预浸料及其制备方法和纤维复合材料。

背景技术

环氧类化合物是用作阳离子光固化涂料的低聚物，在超强质子酸或路易斯酸作用下，容易发生阳离子聚合，通常所用的三元环氧化合物具有较高的活性，并且应用广泛。三元环氧本身毒性较低，但是使用过程中容易水解，有些人接触三元环氧类化合物，可引起上呼吸道及眼的刺激、接触性皮炎、过敏性皮炎等症状，因此在一定程度上限制了阳离子配方的推广。

氧杂环丁烷类化合物由于具有粘度低、固化收缩小等优点，近年来逐渐引起业内关注，但通常四元环结构相对三元环来讲，环张力更小，因而相对更稳定，通常情况下没有三元环易于开环，因此其使用过程中往往和三元环氧单体配合使用。这些系统可以被用于诸如具有大表面积或复杂构型的汽车和飞机涂料等，以及能够从低粘度配方得益的微电子封装，或需要得到即刻湿强度而同时又能在储存过程中获得最终性能的卷材保护涂料等或3D打印、碳纤维复合材料等新兴领域。

众所周知，光聚合过程中需要光照才能够使体系的树脂或单体固化，但在有些情况下不能使用光照、光照操作难度大或者是难以均匀光照，使其使用受到了限制。已有研究表明通过两步聚合法可解决阳离子聚合过程中对光照的依赖，阳离子光引发剂光解后将会行成稳定的次级氧鎓离子中间体，次级氧鎓离子中间体能够在一定温度下保持稳定，当提高温度后，体系中的次级氧鎓离子中间体不再稳定，进一步分解引发单体聚合，大幅提高热固化速度，实现光固分离。

碳纤维复合材料由于轻量化、高刚性、高强度的特点被积极推广，但是其涉及的产品形态复杂多样，注塑加工过程难以采用光固化方式，热固化脱模时间长，导致生产效率低下，限制了碳纤维复合材料技术在汽车领域的推广应用。如果上述两步聚合技术能够应用于碳纤维复合材料的制作中，将会大幅提高纤维复合材料注塑加工过程的生产效率，助力汽车产业以塑代钢技术的推广。但通常三元环氧较为活泼，光照后需要较低温度进行保存，致使碳纤维复合材料的制作时操作难度加大。

此外，在大面积滚涂材料施工过程中，常用的有滚涂、喷涂、刷涂三种方式，且三种方式中滚涂不适合复杂的物体和高级装饰中的涂饰，喷涂施工的速度相对较慢，大面积刷涂的效果与阴角、灯槽里面的刷纹不同，有质感的差别，且两者后期固化速度较慢。喷涂虽然解决了复杂图形固化操作不易的缺陷，但是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂会污染环境，并且对人体健康造成危害。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光固化组合物、涂料及其制备方法、碳纤维预浸料及其制备方法和纤维复合材料，以解决现有技术中的三元环氧光固化体系易水解、活性过高的问题。