[发明专利]微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂及其制备方法。所述环氧树脂由环氧树脂预聚体混合物40～50份、热塑性塑料10～20份、微纳米增韧粒子5～10份、固化剂30～50份和促进剂0.5～2份组成。本发明将微纳米粒子引入环氧体系，在后续预浸料及层压板制备过程中，微米级的粒子留在两层纤维层间，起到层间增韧的作用，纳米级的粒子在压力下进入纤维层，由于纳米粒子具有小尺寸效应和特殊的表面效应，从而与环氧树脂和纤维能形成理想的结合界面，形成良好的界面相互作用，提高层压板的抗冲击性能。同时热塑性塑料能够更好地与环氧体系相容，提高基体树脂的韧性。

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料领域，涉及一种微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂及其制备方法。

背景技术

预浸料是制造复合材料及其制件的中间材料，构成了复合材料的基本单元，其质量的均匀性和稳定性是保证复合材料及其制件质量和可靠性的重要环节。树脂基复合材料具有高比强度和比刚度以及良好的可设计性能，能有效减轻航天器的结构质量，是当今宇航材料的发展重点，正逐渐取代传统的金属材料。

环氧树脂具有原料成本较低、尺寸稳定、固化收缩小、强度高等优点，是制备预浸料的常用组分，但环氧树脂固化后交联密度较大，导致体系韧性差、抗冲击强度低，进而导致环氧树脂基预浸料成型冲击后压缩强度低，限制了其在部分场景的应用。因此，需要对环氧树脂进行增韧改性。

中国专利申请201910833410公开了一种无机纳米粒子/热塑性颗粒协同增韧树脂基复合材料及其制备方法，使用了无机纳米粒子和热塑性颗粒依次喷涂于纤维增强树脂基预浸料表面的方式制备复合材料，其制备过程较为繁琐、复杂，且在制备过程中纳米粒子不容易进入单层纤维内部，只存在于纤维层间。该方法制得的复合材料在单层纤维内部只有预浸料本身的基体树脂存在，难以提供良好的韧性，在受到外部冲击时，纤维层内部容易被破坏，形成缺陷，影响其韧性。

中国专利申请201510426722公开了一种多尺度微纳米粒子层间增韧复合材料的制备方法，将多尺度微纳米粒子喷涂于纤维布表面，再对纤维布进行树脂灌注的方式制备复合材料，此方式只适用于低粘度的灌注树脂，对于对性能要求更高的复合材料或难以浸润的碳纤维来说，此方式存在一定的不足，而且该方法同样存在纳米粒子无法进入纤维层内部的问题，无法较大程度地发挥纳米粒子的增韧效果。

发明内容

针对现有环氧树脂基预浸料存在的抗冲击强度差的缺点，本发明提供一种微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂及其制备方法。

本发明所述的微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂，按重量份数计，包括以下组分：

本发明所述的环氧树脂预聚体混合物为本领域常用的环氧树脂预聚体混合物，包括但不限于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、三聚氰酸环氧树脂和海因环氧树脂中的两种或两种以上。

本发明所述的热塑性塑料为本领域常用的热塑性塑料，包括但不限于聚酰亚胺、聚醚醚酮和聚砜等。

本发明所述的热塑性塑料为氨基改性或环氧基改性热塑性塑料。

本发明所述的微纳米增韧粒子中含有微米粒子和纳米粒子，其中微米粒子的D50为15～30微米，纳米粒子的D50为30～60纳米，选自微纳米SiO₂、TiO₂或ZnO。

本发明所述的固化剂为环氧树脂固化常用的固化剂，例如甲基四氢苯酐等。

本发明所述的促进剂为环氧树脂固化中常用的促进剂，例如三乙醇胺、2-乙基-4-甲基-咪唑等。

本发明所述的微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂预聚体混合物、热塑性塑料混合，加热至120～160℃，机械搅拌至完全溶解；