[发明专利]氰酸酯树脂组合物及其在热熔法制备高模量碳纤维预浸料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氰酸酯树脂组合物及其在热熔法制备高模量碳纤维预浸料的应用，尤其提供无溶剂下浸透该氰酸酯树脂组合物，形成高模量碳纤维预浸料的制备方法。

背景技术

随着现代卫星技术的不断发展，卫星的结构系统对结构件的刚性和热尺寸稳定性有特殊的要求，因而减轻重量、提高刚性和热尺寸稳定性就成为提高产品性能的关键因素。高模量碳纤维增强树脂基复合材料具有比强度、比模量高、尺寸稳定性好、热膨胀系数小、耐空间环境性好等优点，是优异的新一代结构候选材料。但是由于高模碳纤维表面光滑，活性基团少，导致碳纤维和树脂的界面结合能力较差，因此高模量碳纤维对基体树脂有特殊的要求。目前，许多发达国家的宇航器结构大都选用氰酸酯树脂作为高模量、超高模量碳纤维复合材料的基体树脂，如Bryte的EX系列，HEXEL的954系列等，广泛用于抛物面天线、支撑结构、相机光学系统等器件中。氰酸酯树脂是一类分子结构中含有(-OCN)基团的高性能树脂体系，在热或催化剂的作用下(-OCN)基团可发生成环反应，形成稳定的三嗪结构。氰酸酯树脂的化学结构决定了其具有耐热性好，吸湿率低，尺寸稳定性好，耐辐射能力强等特点，在航空航天用材料等方面可取代传统的环氧树脂、酚醛树脂基体，成为新一代高性能树脂基体。

近十年来国内在氰酸酯树脂的合成研究方面得到有力的发展，但截至今日在工程应用方面少见报道，更无专用的可热熔浸渍的氰酸酯树脂基体。用热熔法制备高模量碳纤维预浸料，可使制件外观质量更好，大大地降低了缺陷对复合材料构件的影响，同时预浸料的挥发份含量少，单位面积纤维重量及基体树脂含量控制精度高，节省了溶剂成本及对环境的污染和对人体的危害。所以，如何研发一种具有能与高模量碳纤维相匹配、适合于碳纤维热熔法预浸工艺的高性能氰酸酯树脂体系，充分发挥高模量碳纤维高比强度、高比模量、强耐腐蚀性、良好的尺寸稳定性、热膨胀系数低及可设计的优点，具有重要的科学和工程价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于热熔法制备高模量碳纤维预浸料的氰酸酯树脂组合物。为了达到此目的，本发明采取的技术方案是：一种氰酸酯树脂组合物，由70～90重量％的氰酸酯树脂、30～10重量％的环氧树脂和100～500ppm的催化剂组成，所述催化剂为乙酰丙酮酸金属盐的一种或几种。

氰酸酯由式I结构表示：

                  A¹-(OCN)_n

                    式I

其中，A¹是芳族或混合芳族—脂肪族烃基，含有一个或多个选自氧、氮、卤素、硫、磷、硼、硅、氢及其混合物的原子；且n＝2～5。

所述环氧树脂为酚醛型环氧树脂或双酚A型环氧树脂。

所述乙酰丙酮酸金属盐中的金属选自锌、铜、锰、钴、铁或镍。

该组合物的软化点在30℃～40℃，其80℃的粘度为1500mPa.s～2500mPa.s、在25℃放置30天之后在80℃的粘度增加2倍或其以下。且在180℃的氛围下维持2000秒，粘度达到1×10⁶Pa.s。

另外，本发明提供用热熔法浸透该氰酸酯树脂组合物而形成的高模量碳纤维预浸料，适宜预浸温度为85～105℃，适宜时间≥2小时。其预浸料中的高模量碳纤维为单向铺贴而成，预浸料中的氰酸酯树脂组合物的质量含量≥40％。将预浸料放置在闭合模具中，以1℃/min的升温速率将温度从室温升至160℃，保温60min，再以1℃/min的升温速率将温度升至180℃，在此过程中加压至5Kg/cm²，在180℃下保温、保压240min进行加热、加压而成形。脱模取出后所形成的复合材料中，固化后氰酸酯树脂组合物含量N为：25％≤N≤35％。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：该预浸料在室温的可操作性和在室温的长寿命性良好，用热熔法进行浸渍高模量碳纤维，避免了使用溶剂所带来的生产成本高、污染环境、效率低等负面影响，同时不会将挥发份引入体系中，有利于材料的固化成型，充分发挥增强纤维的优异性能，满足不同构件的需要。经压机热压成型或热压罐成型的氰酸酯/高模碳纤维复合材料的力学性能比现有相应的环氧/高模碳纤维力学性能大幅提高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的在于更好地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。

                   实施例1