[发明专利]一种适用于HP-RTM的快速固化环氧树脂及制备方法

说明书

本发明提出一种适用于HP‑RTM的快速固化环氧树脂及制备方法，包括低粘度环氧树脂、稀释剂和改性固化剂，所述的低粘度环氧树脂为室温粘度不高于2500mPa·s，环氧值不低于0.6，所述的稀释剂为室温粘度不高于100mPa·s的环氧树脂，所述改性固化剂的用量为环氧树脂总质量的5％～15％。本发明通过改性咪唑及特制改性脂环胺固化体系的合理选择与搭配，固化时间较短，仅为5～10min，且固化反应稳定，可以实现树脂基复合材料的快速固化成型，提高生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种适用于HP-RTM的快速固化环氧树脂及制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

轻量化技术是汽车行业发展的关键技术之一，而先进轻量化材料技术是汽车轻量化的基础和前提。以碳纤维为增强体的树脂基复合材料是轻质高强材料具有比强度高、比模量高、耐疲劳、耐腐蚀、整体成型等诸多优点，是理想的汽车轻量化材料。但是其较低的成型效率和高昂的成本已成为其在汽车领域的批量化应用的瓶颈问题。要实现先进树脂基复合材料在汽车领域的规模化应用，必须解决成型效率和成本的问题。

高压树脂传递模塑成型(HP-RTM)工艺是近年来推出的一种针对大批量生产高性能热固性复合材料零件的新型RTM工艺技术。它采用预成型件、钢模、真空辅助排气、高压注射和在高压下完成树脂的浸渍和快速固化工艺，实现树脂基复合材料的低成本、短周期(大批量)、高质量生产。

另一方面，对于热固性树脂基复合材料，树脂固化速度的快慢也占据着整个成型周期的主要部分。目前环氧树脂快速固化所用固化剂主要为胺类固化剂，但胺类固化剂得到的聚合物脆性较大，耐侯性较差及具有一定的毒害作用。现有技术中一般采用对胺类固化剂进行改性以降低其毒性，如改性酚醛胺固化剂、改性芳香胺，或是将不同胺类固化剂进行复配，克服单独使用的缺点，得到综合性能相对较优的固化体系，如采用改性脂环胺和酚醛胺复配等，但其添加到环氧树脂中时，室温下树脂粘度急剧增大，树脂适用期较短，影响树脂对纤维的浸渍。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种适用于HP-RTM成型工艺的低粘度、快速固化、室温下适用期长的环氧树脂及制备方法。

本发明的技术解决方案：一种适用于HP-RTM的快速固化环氧树脂，包括低粘度环氧树脂、稀释剂和改性固化剂，所述的低粘度环氧树脂为室温粘度不高于2500mPa·s，环氧值不低于0.6，所述的稀释剂为室温粘度不高于100mPa·s的环氧树脂，所述改性固化剂的用量为环氧树脂总质量的5％～15％；

所述的改性固化剂是改性咪唑和改性脂环胺混合物，改性咪唑和改性脂环胺质量比为1：1～4：1,所述的改性咪唑为不饱和双键化合物改性咪唑、季胺化改性咪唑或单官能度环氧活性稀释剂加成改性咪唑，所述的改性脂环胺由孟烷二胺、甲醛和腰果酚通过曼尼斯(Mannich)反应生成，孟烷二胺与甲醛、腰果酚三者之间的摩尔比例范围为0.5～2.2：0.5～1.5：0.5～1.5。

本发明采用的改性固化剂是通过将改性脂环胺固化剂与改性咪唑固化剂复配，克服各自缺点，得到综合性能较优的快速固化体系。本发明确定了改性咪唑和改性脂环胺的最优比例范围，若改性咪唑太多会导致反应放热峰变窄，集中放热明显，增加了固化工艺控制难度；若改性脂环胺太多，导致环氧树脂在室温下粘度升高过快，适用期较短，不利于树脂对纤维的浸渍；本发明通过发挥改性脂环胺固化剂与改性咪唑固化剂协同作用，确定了上述优选范围内，即能使固化反应稳定可控又能最大限度的缩短固化时间，在上述优选范围内，适当增加咪唑用量，可以加快反应速度。

本发明的改性脂环胺采用孟烷二胺，孟烷二胺具有较低的粘度，分子结构中含有刚度较大的稳定六元环结构，通过利用天然腰果壳提取物腰果酚对其进行化学改性，在不影响其固化体系低粘度优点的前提下，降低孟烷二胺的毒性。