[发明专利]一种内增韧纳米粒子固化剂和环氧树脂基体及其制备方法

说明书

本发明提供一种内增韧纳米粒子固化剂和环氧树脂基体及其制备方法，由包含以下按质量分数的组分制备得到：八环氧基笼形倍半硅氧烷0.1‑2份，柔性胺类固化剂1‑10份，刚性小分子胺0.01‑0.5份，溶剂50‑100份，表面同时带有氨基封端柔性高分子链与刚性小分子结构的笼型倍半硅氧烷，将八环氧基笼形倍半硅氧烷，小分子单胺，柔性胺类固化剂和溶剂混合，在保护气氛下加热搅拌进行化学接枝反应，得到具备内增韧功能的纳米粒子固化剂；本发明解决了现有的有机胺类环氧树脂固化剂，无法满足深冷环境使用，且制备的环氧树脂固化物冷热循环稳定性差的技术难题，具备旷阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种固化剂及其制备方法，尤其涉及一种内增韧纳米粒子固化剂和环氧树脂基体及其制备方法，属于树脂及复合材料制备领域。

背景技术

未来深冷环境用先进复合材料构件需在承受-196℃～50℃冷热交变、高度真空度等苛刻条件下稳定运行。航天领域复合材料构件多采用环氧树脂作为基体材料，其具有力学性能优异，工艺性好，抗空间辐照性能良好等优点。环氧树脂是一种高分子聚合物，是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。环氧树脂具有优异的黏合性、电绝缘性和化学稳定性，易于加工、有良好的尺寸稳定性和低成本，广泛用于黏合剂、电子仪器仪表、航空航天、机械、轻工、建筑、涂料、电子绝缘和先进复合材料中。但是其脆性较大，耐温性、冷热交变性能较差，导致在航天极端环境中应用效果变差，已不能满足深空航天器的应用需求。

目前已有很多方法用于改善环氧树脂的韧性，如纳米粒子增韧，橡胶粒子增韧，核壳聚合物及热塑性树脂增韧等方法。最常见的增韧方法是在环氧树脂网络中引入柔性分子链段来改善环氧树脂韧性。如通过使用柔性的聚醚胺、聚酰胺固化剂固化环氧树脂来引入柔性分子链起到增韧的作用。然而，如果环氧树脂网络中柔性分子链过多会使材料力学性能下降，同时柔性分子链的缠结使其无法充分舒展也会导致局部缺陷，降低力学性能。因此，近年来将刚性无机结构和柔性分子链结合制备增韧剂的方法被广泛研究。

笼型低聚倍半硅氧烷(POSS)是由Si-O交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，在其八个顶角上Si原子所连接的取代基可以为反应性或者惰性基团，是一种有机-无机杂化纳米粒子。结构特点是Si-O键交替连接的多面体硅氧笼，尺寸在1～3nm，属最小含硅粒子，几乎与许多聚合物链段的物理尺度处于相近数量级，是一种兼具有机韧性、无机耐热性、分子刚性大等优点的纳米材料，具有极高的结构可设计性，使POSS与各种有机聚合物具有广泛的相容性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内增韧纳米粒子固化剂和环氧树脂基体及其制备方法。本发明提供的具备内增韧功能的纳米粒子固化剂增韧效果好，由其改性的环氧树脂具有超低温韧性高，冷热循环稳定性好的特性，能够满足极端环境使用的实际要求。

本发明的目的是这样实现的：

一种内增韧功能的纳米粒子固化剂，由包含以下按质量分数的组分制备得到：八环氧基笼形倍半硅氧烷0.1-2份，柔性胺类固化剂1-10份，刚性小分子胺0.01-0.5份，溶剂50-100份，表面同时带有氨基封端柔性高分子链与刚性小分子结构的笼型倍半硅氧烷，分子式如下：

一种内增韧功能的纳米粒子固化剂的制备方法，将八环氧基笼形倍半硅氧烷，小分子单胺，柔性胺类固化剂和溶剂混合，在保护气氛下加热搅拌进行化学接枝反应，得到具备内增韧功能的纳米粒子固化剂；

所述刚性小分子胺为：碳原子数少于14的直链或支链脂肪族单胺、苯胺、萘胺等具有芳香环结构的单胺；所述柔性胺类固化剂为：聚醚胺D230、T403、D400等聚醚胺固化剂，聚酰胺650等聚酰胺固化剂；所述化学接枝反应的温度为80-120℃，时间为8-12小时；