[发明专利]一种聚氨酯预聚体改善中低温固化预浸料层间剪切强度的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体地说涉及一种聚氨酯预聚体改善中低温固化预浸料层间剪切强度的制备方法。

背景技术

随着预浸料技术的日臻成熟，预浸料越来越广泛地应用于大型复合材料构件的制造，如风力发电叶片、汽车复合材料构件等。由于中低温固化预浸料在原材料、工艺、生产技术、适用性等方面具有独特的优势，尤其是可以节省大型构件的模具成本，延长模具的使用寿命，因此中低温固化预浸料越来越受到青睐。

由于纤维、树脂与模具材质的热膨胀系数不同，复合材料在高温固化后收缩严重，必然在材料内部产生内应力，容易造成大型构件的翘曲。降低固化温度，可以减小复合材料的内应力，但由于交联网络密度相比高温固化复合材料较低，中低温固化复合材料性能偏低，尤其是复合材料的层间剪切强度偏低。因此在保证预浸料中低温固化的同时，需要进一步改善复合材料的层间剪切性能，提高复合材料的耐久性。

发明内容

本发明的目的是为解决中低温固化预浸料界面粘结性能偏低的问题，通过一种聚氨酯预聚体改善中低温固化预浸料层间剪切强度的制备方法，利用聚氨酯改性环氧树脂的高粘结强度和耐冲击性，得到一种树脂与纤维具有高剥离强度和高层间剪切强度的预浸料。

本发明的主要技术方案：（1）将异氰酸酯和聚醚多元醇按照2：1~4：3的摩尔比例加入反应釜内，于70℃反应4~6h，得到端异氰酸酯聚氨酯预聚体；（2）将端异氰酸酯聚氨酯预聚体与双酚型环氧树脂在60~100℃的搅拌釜中反应5~8h，然后加入混合环氧树脂搅拌均匀，得到改性的环氧树脂基体；（3）在上述改性环氧树脂基体中加入固化剂和促进剂组分，混合均匀后真空脱泡，制备预浸料用环氧树脂体系；（4）将上述环氧树脂体系采用胶膜机涂膜，然后经由复合机与增强纤维或织物复合，制备粘结性优良的中低温固化预浸料。

所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、液化MDI、甲苯二异氰酸酯（TDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）中的一种或几种；所述的聚醚多元醇为聚乙二醇或聚环氧丙烷中的一种或几种。

所述的端异氰酸酯聚氨酯预聚体的分子量为1000~2500。

所述的双酚型环氧树脂基体可以为双酚A缩水甘油醚、双酚F缩水甘油醚、双酚AD缩水甘油醚中的一种或几种；所述的混合环氧树脂可以为双酚型环氧树脂与酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂的混合组合。

所述的端异氰酸酯聚氨酯预聚体与所有环氧树脂的质量分数比为5:100~15:100。

所述的固化剂可以为双氰胺、改性双氰胺的一种或其组合，所述的促进剂可以为脲类衍生物、咪唑衍生物中的一种或几种。

相对于100份环氧树脂，所述固化剂的质量份数为5~10份，所述促进剂的质量份数为1~5份。

所述的粘结性优良的中低温固化预浸料，其固化温度为80~120℃。

本发明的效果在于，利用聚氨酯和环氧树脂复合，可以形成独特的互穿聚合物网络（IPN）体系，IPN结构的强迫互容与协同效应，将聚氨酯的高弹性与环氧树脂的良好耐热性与粘接性有机结合在一起,使得聚氨酯改性的环氧树脂体系具有高粘接强度、良好的耐冲击性和优良的搭接剪切强度，尤其可用于改善碳纤维增强预浸料的粘结性能，从而赋予预浸料高的剥离强度和良好的层间剪切强度。本发明的效果对于较低温度固化的预浸料的层间剪切强度更为明显，具体见图1。

附图说明

图1是不同预浸料体系的层间剪切强度示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做更详细的说明：

实施例1：

将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和聚环氧丙烷按照4：3的摩尔比例加入反应釜内，于70℃反应6h，得到分子量为2500的端异氰酸酯聚氨酯预聚体，将15份(质量份数，以环氧树脂的最终用量为100份计算得到，下同)端异氰酸酯聚氨酯预聚体与双酚A缩水甘油醚环氧树脂在60℃的搅拌釜中反应8h，然后加入双酚A缩水甘油醚环氧树脂与缩水甘油胺型环氧树脂搅拌均匀，得到改性的环氧树脂基体，再加入10份双氰胺固化剂和5份脲类衍生物促进剂，混合均匀后真空脱泡，制备预浸料用环氧树脂体系。将上述树脂体系采用胶膜机涂膜，然后经由复合机与增强纤维复合，制备单向碳纤维预浸料，将裁剪好的预浸料置于模具中，于80℃加压固化8小时，得到复合材料板材，测试层间剪切强度为81MPa。

实施例2：