[发明专利]一种用于手糊成型的环氧树脂预聚体及其制备方法和玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料

说明书

本发明提供了一种用于手糊成型的环氧树脂预聚体及其制备方法和玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料，涉及复合材料技术领域。本发明提供的用于手糊成型的环氧树脂预聚体，包括以下质量份数的制备原料：环氧树脂20～100份，酸酐类固化剂50～200份，固化剂促进剂1～10份，TDI类聚氨酯预聚体5～50份，偶联剂表面改性赤泥3～30份，活性稀释剂20～100份，硅烷偶联剂2～5份，硅油类消泡剂2～5份，多元醇类扩链剂1～15份。本发明提供的环氧树脂预聚体综合性能优异，并与手糊成型工艺适配；使用本发明提供的环氧树脂预聚体，采用手糊法能够得到力学性能优异的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种用于手糊成型的环氧树脂预聚体及其制备方法和玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料。

背景技术

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFEP)是一种机械性能优异的纤维增强树脂复合材料，凭借着较低的密度、极高的比强度、良好的耐疲劳性能及优异的耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、风电叶片、压力容器、汽车配件等对材料机械性能要求较高的工程生产领域。作为一种高交联度的热固性树脂，较高的交联密度赋予了环氧树脂良好的化学耐候活性、优异的粘附性和较高的刚性。但是，高密度的交联网络也导致环氧树脂存在韧性不足这一严重问题，同时，较低的韧性也极大地影响了GFEP复合材料的层间剪切强度。当GFEP作为结构组件时，容易因环氧树脂的脆性断裂而出现层间剥离现象，进而导致材料失效。

为解决这一问题，诸如液体橡胶增韧、纳米粒子增韧、液晶增韧等外加增韧剂组分增韧环氧树脂的方法被应用于在GFEP复合材料领域。例如，发明专利CN 201610846813.1公开了一种使用液晶、纳米二氧化硅和聚氨酯三种增韧剂制备具有高韧性的GFEP材料的方法，使用该种方法，复合材料的抗冲击性能达到了有效提升。然而，上述增韧方法均存在基体增韧后，因复合材料模量降低导致的弯曲性能、拉伸性能与硬度下降的问题。

此外，在GFEP复合材料中，玻璃纤维与环氧树脂基体的界面作用力也是复合材料机械性能的重要影响因素。玻璃纤维具有光滑的表面结构、惰性的表面化学基团，这导致该种纤维材料与聚合物基体间界面作用力较弱，在受到外力作用时，复合材料通常因玻璃纤维与聚合物基体的界面分离而失效，这极大地限制了玻璃纤维高强度高模量的优势。引入无机微纳米颗粒(如SiO₂、TiO₂、SiC等)作为改性剂可以有效地增强玻璃纤维与聚合物基体间的界面相互作用力，然而过高的无机组分加入量通常会导致材料韧性的降低，进而引起层间剪切强度的降低。

手糊成型是现今使用最为广泛的纤维增强树脂复合材料成型工艺，该种成型工艺具有操作简单、初期投入低、所需模具简单等优势，该种方法十分适用于少量生产单体尺寸大、结构复杂的纤维增强热固性树脂复合材料。现今该种工艺被广泛应用于风电叶片、船舶外壳、大型罐体等具有复杂结构的大型复合材料产品生产中。而上述增韧剂组分及无机微纳米颗粒组分的加入通常会导致树脂聚合物预聚体组分粘度升高，以及预聚体适用期缩短。而预聚体组分的粘度与适用期是GFEP复合材料能否进行手糊成型的关键因素。

因此，在手糊成型GFEP材料领域，理想的环氧树脂基体应具备以下性能：(1)预聚体粘度较低、适用期较长；(2)固化后树脂具有较高的强度、硬度与优异的韧性；(3)树脂基体与玻璃纤维界面具有较强相互作用力。然而，实际应用过程中，上述性能通常互为矛盾，难以获得综合性能优异的GFEP材料。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种用于手糊成型的环氧树脂预聚体及其制备方法和玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料。以本发明提供的环氧树脂预聚体作为环氧树脂基体，采用手糊法能够得到综合性能优异的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种用于手糊成型的环氧树脂预聚体，包括以下质量份数的制备原料：