[发明专利]一种玻纤复合材料用环氧树脂及其制备方法和应用、玻璃纤维复合材料

说明书

本发明提供了一种玻纤复合材料用环氧树脂及其制备方法和应用、玻璃纤维复合材料，属于玻纤复合材料技术领域。本发明提供的玻纤复合材料用环氧树脂与玻纤复合时，其环氧有机端大分子结构充分与基体树脂纠缠，环氧基团参与基体树脂三维网络固化构建，其硅羟基端在高温固化条件下与玻纤表面羟基反应化学键合，将树脂层与玻纤表面紧密结合；亲油无机纳米粒子可填充修复玻纤表层缺陷，形成榫卯结构提升玻纤复合材料轴向剪切强度，亦可提升环氧基体树脂的韧性与复合材料的耐湿热性，最终达到提升玻纤复合材料界面结合强度的目的。

技术领域

本发明涉及玻纤复合材料技术领域，尤其涉及一种玻纤复合材料用环氧树脂及其制备方法和应用、玻璃纤维复合材料。

背景技术

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它是以玻璃球或废旧玻璃为原料，经高温溶制、拉丝、络纱和织布等工艺，最后形成各类产品，通常作为复合材料的增强材料，广泛应用于绝缘材料、隔热保温材料和电路基板等领域。

但当使用玻璃纤维复合材料时，由于树脂基体本身与玻璃纤维并未发生化学键合，使得树脂和纤维界面结合强度不足，同时玻璃纤维和基体的热膨胀系数及弹性模量不同，在复合过程中会出现界面热应力和界面应力效应等界面特征。在应力的作用下，界面层成为复合材料中的薄弱环节，易首先发生破坏，最终导致复合材料的损坏，直接影响复合材料的力学性能及其它性能。

玻璃纤维与基体树脂间的界面研究一直是行业热点之一。目前业内普遍采用硅烷偶联剂对玻璃纤维表面进行处理，通过硅烷偶联剂与玻璃纤维表面进行化学键合，提高界面结合强度。然而，硅烷偶联剂在使用过程中易自缩聚成硅氧烷低聚物，一般起到真实偶联作用的偶联剂只占偶联剂总量的10～20％，且这一小部分偶联剂与玻璃纤维表面的有效化学键合还极易水解，材料的实际利用率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻纤复合材料用环氧树脂及其制备方法和应用、玻璃纤维复合材料，能够解决玻纤与环氧树脂界面结合力薄弱，易产生层间开裂的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种玻纤复合材料用环氧树脂，包括共混的含硅羟基的改性环氧树脂、亲油性无机纳米粒子和低粘度环氧树脂；

所述含硅羟基的改性环氧树脂具有式I所示结构：

式I中，R为C1～C6直链烷基；X和Y为对应基团的个数，X＝1～3且X+Y＝3；n为循环单元且n＝1～3；

M为含硅羟基的化合物与环氧基反应生成的基团；

所述含硅羟基的改性环氧树脂的环氧当量为700～1400g/mol。

优选的，所述含硅羟基的化合物包括仲胺类化合物、有机酸类化合物或苯酚类化合物。

优选的，所述含硅羟基的改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：

将环氧树脂、含硅羟基的化合物和催化剂混合，进行改性，得到含硅羟基的改性环氧树脂。

优选的，所述亲油性无机纳米粒子包括分别经过偶联剂改性的纳米级蒙脱土、纳米二氧化硅、硅微粉、凹凸棒土和高岭土中的一种或多种。

优选的，所述亲油性无机纳米粒子的制备方法包括以下步骤：

将无机纳米粒子和水解后硅烷偶联剂混合，进行亲油改性，得到亲油性无机纳米粒子。

优选的，所述低粘度环氧树脂包括E-51、E-54或液体双酚F环氧树脂。

优选的，所述含硅羟基的改性环氧树脂的重量占所述玻纤复合材料用环氧树脂总重量的5％～50％；所述亲油性无机纳米粒子的重量占所述玻纤复合材料用环氧树脂总重量的0.5～5％。