[发明专利]一种适用于中温热熔法制备碳纤维预浸料的环氧树脂的调配方法

说明书

技术领域

本发明涉及环氧树脂的在中温体系下的调配方法，用于中温热熔法制备碳纤维预浸料复合材料，进而满足碳纤维复合材料在国民经济各领域的广泛应用。

背景技术

碳纤维预浸料就是以碳纤维为强化纤维，再将其浸渍到树脂基体中，用来制备一种成型制品的中间材料。高性能碳纤维增强树脂基复合材料以其高比强、高比模、性能可设计性及综合性能优异等特点而在航空、航天、兵器和舰船等领域得到普遍重视，并已在航空航天领域得到了较广泛的应用。一般说来，碳纤维预浸料可以进行层合或缠绕，经热固化后制得多种功能性的复合材料。

而碳纤维预浸料用专用树脂可以使用热塑性树脂、热固性树脂两大类，但由于优选易于向强化纤维含浸的树脂，故多使用热固性树脂。热固性树脂又以环氧树脂、分子内含有多个聚合性不饱和键的树脂（乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂等）、酚醛树脂、氰酸酯树脂。碳纤维预浸料，作为由碳纤维和基体树脂组成的不均一复合材料，其间的相互粘接性和相容性对其性质和加工工艺有着重要的影响。

为了提高碳纤维非取向方向的强度、及剪切强度，提高碳纤维和基体树脂的粘结性是必要的。众所周知，用于提高强化纤维和基体树脂的相容性的方法有对碳纤维的表面处理，如对碳纤维电解氧化等方法。然而，通过调节基体树脂的性能用以提高碳纤维和基体树脂间的结合性才能更好、更广的拓展碳纤维预浸料的功能性和实用性。

作为热固性树脂的代表，环氧树脂具有良好的物理化学性能，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定。而良好的粘结性能、优良的浸润性和工艺性能，对于制造高性能的碳纤维预浸料来说有其不可替代的作用。因此碳纤维预浸料用的环氧树脂体系也得到了广泛的应用和研究。

CN 101805493A的专利申请中围绕着一种耐高温碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法和用途进行细述。此专利中提出将一类潜伏性促进剂脂肪氢氟酸盐印入到树脂体系中，可以有效的降低复合材料在模具中的成型时间，有效的提高生产效率、降低生产成本，同时还保证了预浸料的贮存期，满足在180°C高温环境下的使用要求。

CN 102076735A的专利申请旨在探讨环氧树脂组合物以及作为基体树脂的预浸料坯的应用。该专利申请中将环氧树脂的组分和含量进行系统介绍，而且对组分的含量进行了优化，此种环氧树脂组合物应用于预浸料体系可以体现优异的耐热性和耐湿热型，并且可以得到具有高机械特性的复合材料。

由日本东丽株式会社在中国申请的CN 1242792A的专利中，阐述了一种树脂混合物含浸润于强化纤维所得的预浸料及此种热固性树脂组合物和强化纤维组成的碳纤维强化复合材料。并对树脂体系进行了压缩强度、拉伸强度、层间剪切强度和抗冲击性进行了测试评估。

鉴于上述情况和中温热熔法制备碳纤维预浸料工艺的优异性，开发出一种适用于中温热熔法制备碳纤维预浸料用的热固性环氧树脂体系，对于提高碳纤维与树脂体系间的相容性、改善生产工艺温度，降低工艺成本上有一定的研究意义和生产需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于中温热熔法制备碳纤维预浸料用的热固性环氧树脂体系。其特征在于采取多种型号的环氧树脂进行复配，环氧树脂中酚醛型和双酚A型树脂的相互作用，可以有效控制碳纤维预浸料用树脂体系的软化点，使其满足不同季节的变化要求，做到“夏不粘手，冬不脆硬”，并且可以同时有效限制环氧树脂的固化温度。

特别是通过控制树脂体系的粘度可以有效的提高树脂基体与碳纤维之间的相容性。热熔法两步法制备预浸料，其要求树脂体系既要熔融温度相对低，又要在熔融后具有较低的粘度。这是因为较低的熔融温度更加适应于中温体系，对于能源的消耗和设备的要求都更加有利于大生产的需要，而低粘度的树脂体系就可以便树脂能充分与碳纤维丝束浸润，提高碳纤维丝束与基体界面间的使相容性。一般来讲，预浸料用环氧树脂大多为酚醛型和双酚A型两类，而且都至少含有平均两个以上的环氧基团。而单一的环氧树脂很难满足熔融温度低且熔融后低粘度的性质。酚醛型环氧树脂对于提高树脂体系的反应活性和耐热性有益，双酚A型环氧树脂可调节树脂体系的粘度。因此选择这两类树脂进行多种树脂基体的复配不但可以满足提高树脂与碳纤维之间相容性的要求，而且工艺简单易行，易于工业生产。

碳纤维预浸料用环氧树脂的固化体系一般包括固化剂、促进剂和催化剂三种类型。在环氧树脂调配的过程中，除了树脂的预热和调配比例外，固化体系的选择制备对整个环氧树脂的调配过程有着至关重要的作用。