[发明专利]一种环氧树脂的缓释固化方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能环氧树脂应用技术领域，具体涉及一种基于介孔分子筛对促进剂分子吸附、解附机理的环氧树脂的缓释固化方法。

背景技术

环氧树脂是一种高性能的热固性树脂，具有优良的力学性能、耐蚀性、电绝缘性和加工性，在许多行业已得到广泛应用。如在军用领域，以环氧树脂为基体的复合材料大量应用于航空航天领域，如用作飞机、卫星、航天器等的结构材料，固体火箭发动机壳体、耐腐蚀结构件、电绝缘材料等；在民用领域，环氧树脂基复合材料多应用于高级体育用品、游艇、风电叶片等。环氧树脂基复合材料为了获得良好的机械性能和耐热性能，往往需要在较高的温度下固化。然而，高温固化会产生较大的内应力，可能会影响到制品的尺寸精度与质量稳定性。与此同时，高温固化将需要更高耐温等级的成型模具与辅料，并需要更多的能耗，这必然导致应复合材料制件的成本大幅提高。而中温或低温固化环氧树脂固化残余应力低，制件尺寸精度高，特别适用于制造庞大而复杂的结构复合材料部件。同时中温或低温固化环氧树脂对模具、辅料的耐温等级要求低，固化成型能耗少，能够实现复合材料制件的低成本制造。因此，发展中、低温固化环氧树脂体系是复合材料的重要发展方向。

一般来说用于中温固化的环氧树脂体系，多选择酸酐作为固化剂，然而酸酐固化剂本身与环氧树脂直接反应比较困难，需要加入少量促进剂对固化反应进行催化。因此，工程应用的中温固化环氧树脂固化体系包括环氧树脂、固化剂及促进剂多个组分，且多个组分需独立分包，这对环氧树脂的储存及运输带来不便。且混合配制时计量误差及混合不均匀，易引起树脂体系耐温性、力学性能等重要性能的波动。并且，树脂配制后随化学反应的进行，黏度不断增大，其工艺开放期有限，不适合大尺寸复合材料制件的制造要求。

因此，可长期储存、工艺期长的环氧树脂体系的研制一直为人们所关注。而通过分子调控技术研制的中温固化环氧树脂体系的研发需依赖复杂的化学合成的技术手段，并且还需要兼顾固化后树脂性能、耐久性等因素，其研制周期长且缺乏全面验证，对后续应用带来了极大的风险。若能够以现有成熟使用的环氧树脂促进剂为基础，采用物理的缓释手段，来调控促进剂分子的放出，进而控制环氧树脂固化反应发生的进程，将能够有效的兼顾环氧树脂的工艺开放期及固化后的力学性能。并且避免了新型固化体系研制带来的后续应用风险。

发明内容

本发明目的是提出一种工艺简单、成本低廉的方法来解决环氧树脂工艺窗口小、开放期短的问题。

本发明的技术解决方案包括以下几个步骤：

(1)将分子筛置于真空干燥箱中，在80～100℃下干燥1～2h，以除去其中的水分与挥发物；

(2)将干燥后的分子筛称重后加入在环氧树脂促进剂中，并在室温下超声0.5～20h，将沉淀物取出后离心，常温干燥得到粉末状固体，即吸附环氧树脂促进剂的分子筛，将吸附环氧树脂促进剂的分子筛进行称重，并计算出分子筛对环氧树脂促进剂的吸附量，环氧树脂促进剂为N,N-二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、邻羟基苄基二甲胺、三苯基膦和1,8-二氮杂-双环(5,4,0)-7-十一碳烯，三氟化硼-乙基胺、二甲基苯胺、甲基四氢苯酐、季铵盐-苄基三乙基氯化铵、四乙基溴化铵、2-乙基-4-甲基咪唑、有机膦/溴络合物(AO-4)、二甲基环己胺、三乙烯二胺、乙酰丙酮铝、1,8-二氮杂环十一烯、N-二缩水甘油苯胺、N-二缩水甘油对甲苯胺、N-乙基-N-缩水甘油苯胺、N-乙基N-缩水甘油邻甲苯胺、N,N-二乙基氨基环氧丙烷、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、1-苄基2-乙基咪唑、1-氨基乙基-2-甲基咪唑中的一种；

(3)将吸附环氧树脂促进剂的分子筛与环氧树脂、酸酐类固化剂按照化学当量比进行混合，并在常温下充分搅拌10～40min后得到具有缓释效应的环氧树脂基体。

本发明具有的优点在于：

本发明提出一种环氧树脂的缓释固化方法，采用多孔骨架结构的分子筛作为载体吸附环氧树脂促进剂分子，再将其加入环氧树脂固化剂体系中，利用分子筛中吸附的促进剂分子的缓释效应逐步释放出促进剂分子，实现对树脂固化体系的催化。未通过本方法进行处理的环氧树脂促进剂加入环氧树脂-酸酐固化体系后，常温下放置三十个小时之内就会出现凝胶现象；而通过本方法制备的吸附环氧树脂促进剂的分子筛加入环氧树脂-酸酐固化体系后，常温下放置数天后仍不会出现凝胶现象，可将树脂的开放期延长5倍以上。同时，该方法未改变环氧树脂的固化反应机理，只是通过分子筛的多空结构实现了促进剂的吸附及缓释效应，延缓了环氧树脂固化进程，进而解决了环氧树脂工艺操作窗口小、开放期短的问题。