[发明专利]一种耐高温碳纤维/环氧树脂复合材料及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于高性能树脂基复合材料领域，特别涉及一种耐高温碳纤维/环 氧树脂复合材料及该复合材料的制备方法和用途。

背景技术

碳纤维/环氧树脂复合材料具有质量轻、比强度高、尺寸稳定性好等诸多 优点而被广泛应用于国防和民用尖端领域。在碳纤维/环氧树脂复合材料中， 基体树脂起着粘附纤维并传递载荷的作用，基体树脂性能的优劣对复合材料的 性能具有决定性的影响。

对于在高温环境中使用的碳纤维/环氧树脂复合材料，基体树脂的玻璃化 转变温度必须高于环境温度。提高基体树脂玻璃化转变温度的方法主要有以下 两种：一是合成多官能度环氧树脂，在环氧树脂骨架中引入萘环等刚性基团； 二是使用含有刚性链段的固化剂，同时提高环氧树脂的交联密度。

Xu等人(Xu K，Chen M C，Zhang K，et al.Synthesis and characterization of novel epoxy resin bearing naphthyl and limonene moieties，and its cured polymer. Polymer，2004，45(4)：1133-1140)以1-萘酚、柠檬烯、聚甲醛和环氧氯丙烷为原 料，合成了一类带有萘环链段的环氧树脂，树脂上的环氧基具有较高的反应活 性，与双氰胺在170℃时可以迅速固化，固化产物的玻璃化转变温度(T_g)为206 ℃，同时，和普通的缩水甘油醚型环氧树脂相比，萘环链段的引入也可以显著 改善固化产物的尺寸稳定性和耐水性。Wang等人(Wang C S，Lee M C. Synthesis and properties of epoxy resins containing 2-(6-oxid-6H-diben(c，e)(1，2) oxaphosphorin-6-yl)1，4-benzenediol.Polymer，2000，41(10)：3631-3638)合成了一 类具有四溴双酚A链段和环氧磷二醇链段的环氧树脂，与4，4’-二氨基二苯砜 固化后，固化产物的玻璃化转变温度高达239℃，同时，固化产物具有良好的 阻燃及耐烧蚀性能，在空气和氮气氛围中800℃的残碳率分别为37.0％和41.4 ％。美国专利US5369192报道了一种带有“芴结构”的环氧树脂，该树脂在室温 下为固体，适合于用作树脂模塑成型(RTM)的基体树脂，经9，9’-二(4-氨基苯基) 芴固化后，固化产物的玻璃化转变温度为201～205℃，弯曲模量约为3600 MPa，压缩强度约为810MPa，平板剪切强度约为135MPa，“芴结构”的引入 还可以显著降低固化产物的吸水率。专利WO2009089145(A1)报道了一类脂环 族环氧树脂，与酸酐类固化剂固化后，固化产物的玻璃化转变温度高于210℃， 且具有良好的力学性能。合成多官能度环氧树脂虽可以有效提高固化产物的玻 璃化转变温度，但相应树脂的合成路线一般较为复杂，产品的价格也较为昂贵， 不利于工业化大规模应用。

采用一些含有刚性链段的固化剂固化环氧树脂也是提高固化产物玻璃化 转变温度的有效方法。中国专利ZL200510045654.7采用液体酸酐类固化剂固 化环氧树脂，制备了一类具有长期化学储存稳定性及温度触变性的环氧树脂组 合物，树脂与纤维具有良好的浸润性，固化后复合材料的玻璃化转变温度高于 160℃。中国专利ZL200610009767.6采用2，6-二(对氨基苯)苯并二噁唑固化双 酚A二缩水甘油醚环氧树脂，固化产物的玻璃化转变温度大约为190℃。中 国专利ZL02821495.1以二乙基甲苯二胺和4，4’-二氨基二苯砜固化环氧树脂制 备了一类纤维/环氧树脂复合材料，复合材料的玻璃化转变温度高达200℃， 于沸水中浸泡48小时后，其玻璃化转变温度仍然高于140℃。日本专利 JP2008169291(A)报道了一类低粘度的树脂，该树脂由缩水甘油醚环氧树脂和 4，4’-二氨基二苯砜共混而成，树脂具有较长的储存期，适合于用作树脂模塑成 型(RTM)。然而，酸酐类固化剂和芳香族胺类固化剂与环氧树脂的固化反应温 度普遍较高，且需要较长的时间才能使树脂完全固化。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温碳纤维/环氧树脂复合材料及制备方法， 同时，本发明还提供了该复合材料的用途。

本发明通过下述技术方案实现：