[发明专利]一种高强度高韧性环氧树脂体系的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂体系的制备方法。

背景技术

在压力容器和压力管道用复合材料的研究方面，增强材料的研究经历了从玻璃纤维向有机纤维和碳纤维的发展过程，新型增强材料的应用使压力容器和压力管道的性能得到了很大的提高；然而在树脂的研究特别是树脂基体的增韧改性方面的研究相对较弱，为了保证大型复合材料压力容器和压力管道的研制需求，进一步提高其综合性能，在开发新型增强材料的同时，研究同时具有高强度高韧性和长适用期的新型树脂基体成为一个重要的技术途径。

复合材料压力容器和压力管道常用的树脂基体为环氧树脂，利用酸酐固化剂固化得到的环氧树脂基体虽然工艺性能很好，但固化物脆性大，抗冲击性能较差；采用芳胺固化剂固化的环氧树脂基体虽然固化物脆性有所改善，但工艺性能不能满足实际应用的要求（比如黏度大，凝胶时间短等），也就是说环氧/胺类树脂基体的适用期较短（在30℃温度下凝胶时间小于2小时），那么制作大型复合材料制品需要成型时间较长时（5-12小时），普通的环氧/胺类树脂基体就无法满足成型工艺要求。同时高性能复合材料制品所用基体的强度与韧性也是首要考虑的性能的范围。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有环氧树脂体系不能同时实现固化前的环氧树脂液体体系黏度小、适用期长和固化后的环氧树脂的力学性能好的问题。本发明提供了一种高强度高韧性环氧树脂体系的制备方法。

本发明的高强度高韧性环氧树脂体系的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按重量份将40～45份3，3＇-二乙基4，4＇-二氨基甲烷（MBOEA）和10～15份环氧丙烷丁基醚（660）混合，搅拌均匀后置于70～80℃温度下保温1～3小时得到液态的改性固化剂；二、按重量份将50～60份4，5-环氧环己烷1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)和40～50份双酚A二缩水甘油醚（E-51）于40～60℃温度下混合搅拌均匀得到复合环氧树脂；三、将50～60份步骤一得到的改性固化剂和90～110份步骤二得到的复合环氧树脂混合，搅拌均匀得环氧树脂液体体系；四、将步骤三得到的环氧树脂液体体系在70～80℃温度下保温2～3h，然后在110～125℃温度下保温1.5～2.5h，再在145～160℃温度下保温4～6h得到固化的环氧树脂；其中步骤一至步骤三中重量份的每份的标准一致。

本发明的高强度高韧性环氧树脂体系的制备方法选用4，5-环氧环己烷1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)和40～50份双酚A二缩水甘油醚（E-51）为复合环氧树脂体系，降低了只用TDE-85的生产成本。选用3，3＇-二乙基4，4＇-二氨基甲烷（MBOEA）为固化剂，环氧丙烷丁基醚（660）为固化改性剂，在70～80℃温度下保温1～3小时后得到经660改性后的MBOEA固化剂，660分子中的环氧环与MBOEA分子上的伯氢发生交联反应，实现对MBOEA的增韧接枝改性和有固态粉末到低粘度液体的转变。其中，环氧丙烷丁基醚（660）的作用有三个：一、通过线性结构的加入增加固化剂的韧性；二、破坏粉末状3，3＇-二乙基4，4＇-二氨基甲烷（MBOEA）固化剂的晶格结构，使其不再结晶，实现良好的工艺性能；三、有效地增加环氧树脂基体的粘度，同时保证其良好的强度与模量。

本发明的环氧树脂体系的固化方法（步骤四）采用分段式加热保温方法，分为三个保温阶段，70～80℃温度下保温2～3h——110～125℃温度下保温1.5～2.5h——145～160℃温度下保温4～6h，温度、保温时间为本发明的关键参数，本发明采用上述加热保温固化方法，得到的固化物（环氧树脂）的拉伸强度达到80～100MPa，弯曲强度达到160～200MPa，断裂延伸率为4.0～7.0%，压缩强度达到120～150MPa，拉伸模量为3～5GPa，弯曲模量为3～5GPa，压缩模量为3～5GPa，热变形温度为120～135℃，固化度达到98%，密度为1.28g/m³。该环氧树脂固化物的工艺性能完全达到了复合材料压力容器和压力管道对环氧树脂基体的要求，而且该环氧树脂基体与碳纤维用大型壳体湿法缠绕成型制备的成品能有效的克服碳纤维脆性大的缺点，具有广泛的应用价值。