[发明专利]改性环氧树脂基体材料和改性环氧树脂基碳纤维复合材料及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料与复合材料领域，具体涉及一种基于反应性微凝胶的高强高韧改性环氧树脂基体材料和改性环氧树脂基碳纤维复合材料及它们的制备方法。 

背景技术

环氧树脂由于其优良的机械性能、热性能、电性能、耐化学腐蚀性能和工艺适应性在电子信息、航天、交通、复合材料等领域得到广泛的应用，目前市面主要环氧树脂为双酚A型环氧树脂，由于其分子结构中存在丰富的苯环刚性结构使得其固化物冲击韧性较差从而限制了其应用。随着社会发展，对于高性能的环氧树脂的需求日益增加。 

目前对环氧树脂的增韧手段主要有在分子结构中引入柔性链段如长链烷基缩水甘油醚(如丁基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚等)、端环氧基聚醚等，与橡胶共混改性，与工程塑料共混改性等，上述方法在提高固化物冲击韧性的同时使固化物的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和耐热性有不同程度下降，以及其他缺陷。反应性微凝胶分子内部为弹性体结构可以吸收大量冲技能，表面含有丰富的活性基团如羧基可以与环氧基团反应生成交联结构，改善界面性能，在提高固化物冲击韧性的同时不影响其他性能，目前主要应用于环氧树脂涂料，将其用于复合材料尚未有相关报道。 

碳纤维复合材料以聚合物为基体，以碳纤维为增强相，由于其密度低、比强度高、比刚度高、工艺适应性强等优良特性，在航空航天、交通、电子信息、电工等领域得到广泛应用，随着经济和科技发展，对于高性能的碳纤维复合材料的需求日益增加。 

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种高强高韧改性环氧树脂基体材料及改性环氧树脂基碳纤维复合材料和它们的制备方法。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种改性环氧树脂基体材料，由环氧树脂、固化剂、促进剂、低分子量聚丙烯酸酯、安息香、溶剂、反应性微凝胶所组成，其组成质量比为：100:4-8:0.5-2:1-2:0.2-0.4:40-80:5-15。 

进一步，所述的环氧树脂为下述结构式的双酚A型环氧树脂： 

所述环氧树脂的环氧值为0.1-0.2。 

进一步，所述的固化剂为双氰胺和改性双氰胺中的至少一种，结构如下： 

进一步，所述的促进剂为有机脲，平均粒径为10微米的。 

进一步，所述的低分子量聚丙烯酸酯为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯的均聚物或者共聚物，数均分子量为5000-20000。 

进一步，所述的溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、甲苯、二甲苯中的一种或者它们任意配比的混合物。 

进一步，所述的反应性微凝胶为含有羧基的丙烯酸酯型反应性微凝胶。 

一种制备上述任一所述改性环氧树脂基体材料的方法，其制备步骤如下： 

(1)将环氧树脂与溶剂按照配比放入高速分散机，充分搅拌使环氧树脂溶解； 

(2)依次加入固化剂、促进剂、低分子量聚丙烯酸酯、安息香、反应性微凝胶高速分散形成稳定的分散体； 

(3)将分散体加入到高压均质机，在5-10MPa条件下进行高压均质处理，使微凝胶充分分散得到改性环氧树脂基体材料。 

一种改性环氧树脂基碳纤维的复合材料，由碳纤维布和脱溶剂的改性环氧树脂组成，其组成质量比为：30-70:70-30，所述的改性环氧树脂为上述任一所述改性环氧树脂基体材料。 

进一步，所述碳纤维布为单层。 

一种制备上述任一所述改性环氧树脂基碳纤维复合材料的制备方法，其制备步骤如下： 

(1)将环氧树脂与溶剂按照配比放入高速分散机，充分搅拌使环氧树脂溶解； 

(2)依次加入固化剂、促进剂、低分子量聚丙烯酸酯、安息香、反应性微凝胶高速分散形成稳定的分散体； 

(3)将分散体加入到高压均质机，在5-10MPa条件下进行高压均质处理，使反应性微凝胶充分分散得到改性环氧树脂基体材料； 

(4)采用连续浸渍工艺，通过挤胶辊牵引，使得改性环氧树脂基体对碳纤维充分浸润，然后进行充分干燥脱除溶剂，机械切割得到改性环氧树脂基碳纤维复合材料的毛坯料； 

(5)将改性环氧树脂基碳纤维复合材料的毛坯料置于模具中，进行热压定型； 

(6)热压定型后的改性环氧树脂基碳纤维复合材料进行固化，得到改性环氧树脂基体与碳纤维复合材料。