[发明专利]一种高性能环氧树脂基碳纤维复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料及其成型工艺，碳纤维复合材料制备技术领域。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料在自然条件下使用时，树脂基体及纤维与树脂的界面受到环境因素的影响，将导致界面破坏，性能下降、状态改变，以至报废。聚合物基复合材料的老化分为大气自然老化和人工加速老化，由于自然老化耗时长，经过十几年的老化试验后，将跟不上材料的更新换代，因此，人工加速老化日益受研究者青睐。

湿热环境条件对聚合物基复合材料的基体产生重要影响，高温下纤维与树脂基本热膨胀系数的差异，导致界面产生内应力，在水分的作用下，使界面产生微裂纹，破坏界面结构，降低界面之间的结合力。基于此认识，根据不同湿热环境下的吸湿扩散速率或不同湿热环境下的湿热效应试验给出加速吸湿(老化)的经验工程公式来计算加速因子。

本发明是通过在缩水甘油醚型环氧树脂(E-54)中加入一定比例的邻甲酚醛环氧树脂(PGCN-700-3S)，使用L-固化剂，加入热塑性树脂聚芳醚酮(PEK-C)，制备成环氧树脂体系。通过配方的调试，实现了两步热熔法制备环氧树脂基碳纤维预浸料；通过工艺参数的摸索试验，确定了最佳的成型工艺参数。制备的先进环氧树脂基碳纤维复合材料在自然条件下放15年之久，各项性能指标几乎没有发生变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐久性的高性能树脂体系，用于制备航空主承力件的复合材料制件。

本发明通过适当的配比，把缩水甘油醚型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、L-固化剂、丙酮稀释剂、聚芳醚酮增韧剂配置成NY9200GB树脂体系，经热熔法制备成碳纤维或玻璃布预浸料，通过工艺参数研究试验，确定碳纤维预浸料的成型工艺参数，采用热压罐法或模压法制备成复合材料制件。

一种高性能环氧树脂，其特征在于：按以下步骤进行配制：

1)按缩水甘油醚型环氧树脂与邻甲酚醛环氧树脂以(75～85)：(25～15)的质量比将两种树脂混合，溶解得到组分A；

2)按组分A与PEK-C以85：12的质量比混合均匀，升温至40℃～45℃时开启搅拌器保持8min～12min，继续升温至135℃～155℃，保温1h～2h至清澈透明，称为组分B；

3)按组分A与L-固化剂以15：(6～10)的质量比预混合，放入三辊碾磨机进行碾磨，辊距由0.1mm逐次减少至两棍相互接触，称为组分C；

4)按组分B与组分C以97：23的要求称取所需的重量，放入70℃～75℃的双星形挂壁式混合机或捏合机中进行0.5h～1h的混合，使之均匀即得到NY9200GB树脂体系。

一种高性能环氧树脂基碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：以T700SC-12000-50C碳纤维为增强材料和NY9200GB树脂体系为基体材料制备NY9200GB/T700SC碳纤维复合材料，将NY9200GB/T700SC碳纤维预浸料铺贴成所需的尺寸，用真空袋密封完整，制件铺叠时每8层预浸料进行一次抽真空，真空压力保持25分钟，视情铺放吸胶层，预压实及排气，预制件的真空压力不低于-0.095MPa进入热压罐，卸载真空压力，以≤3℃/min的速度升温至145℃±5℃范围内，加压至0.6MPa～0.7MPa，保温40min～60min，以≤3℃/min的速度升温至175℃～180℃之间，保温2h～2.5h后，以≤3℃/min的速度降至室温。

本发明的优点：NY9200GB树脂体系适用于一步热熔法和两步热熔法生产碳纤维预浸料和玻璃布预浸料；可通过热压罐法和模压法制备碳纤维复合材料和玻璃布复合材料。制备的碳纤维复合材料70℃和85％RH环境箱内70天加速老化相当于在库房条件下贮存14年和在露天条件下贮存1年的自然老化。因此，该复合材料的耐环境性能较好，可长期在室温条件下贮存。

附图说明

图1是NY9200GB树脂体系的粘温曲线。

图2是树脂与预浸料的凝胶时间。

图3是NY9200GB树脂固化时间的DSC分析。

图4是成型工艺参数图。

具体实施方式

实施例1

一、NY9200GB树脂体系的的配制

NY9200GB树脂体系按以下步骤进行配制：

1)按缩水甘油醚型环氧树脂(E-54)与邻甲酚醛环氧树脂(PGCN-700-3S)以80：20的配比(质量比)将两种树脂混合，升温至125℃～130℃时，开启搅拌器，直至两种树脂完全溶解。称为组分A。