[发明专利]中温固化预浸料树脂基体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于预浸料制造技术领域，特别涉及一种中温固化预浸料树脂基体及其制备方法。

背景技术

预浸料是在严格控制的条件下由树脂基体浸渍连续纤维或织物后制成的树脂基体与增强纤维的组合物，是生产高性能复合材料的中间材料。根据固化温度的不同，热熔法环氧预浸料主要分为中温固化预浸料(固化温度在80～150℃之间)和高温固化预浸料(固化温度在180℃以上)。高温固化预浸料主要用于生产航天航空、军工等领域用主承力结构件以及其它一些需要耐高温的结构件，而中温固化预浸料主要用于生产航天航空、军工等领域用次级结构件或体育休闲用品、汽车、游艇等民用工业中的结构件。高温固化可获得耐热性能优良的固化产物。但由于固化温度较高，材料热胀冷缩将导致制品内部存在较大的内应力，影响尺寸精度控制，严重时会导致制品提前破坏。另外，固化温度较高还会带来成型模具选材范围窄、制造工艺复杂和耗能高等问题，不利于生产成本的降低。相对而言，中温固化具有成型周期短、对模具和成型设备要求低等优点。此外，降低成型温度可以减少复合材料因热胀冷缩引起的内应力以及由此产生的翘曲变形，有利于保证大型构件的设计外形，是制作低成本、高性能复合材料的首选。

近年来，随着碳纤维价格的下降，碳纤维复合材料在汽车、高铁、轮船等民用工业中的需求量逐年上升，但是由于基体树脂在在固化过程中形成的高交联密度，导致树脂抗冲击性差和断裂韧性低，制约了其进一步的应用。因此为了提高复合材料的韧性，多采用弹性体、橡胶、纳米粒子或者热塑性树脂作为增韧剂加入到树脂基体中。

CN201310032354.X提供了一种二聚酸改性环氧树脂增韧碳纤维预浸料的方法，它采用了二聚酸改性环氧树脂作为增韧剂，得到了一种增韧的碳纤维复合材料，提高了复合材料的层间剪切强度。但是，随着二聚酸改性环氧树脂的加入，该树脂体系固化物的Tg逐渐降低，制约了该体系的进一步应用。

CN201310031083.6采用聚氨酯改性环氧树脂作为增韧剂提供了一种改善预浸料的韧性的方法，该环氧树脂体系利用聚氨酯改性环氧树脂的高粘结强度和耐冲击性，赋予预浸料高的层间剪切强度，改善了复合材料的韧性。但聚氨酯改性环氧的加入明显降低了环氧树脂体系的耐热性，使其固化物的T_g明显下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有中温固化预浸料树脂基体韧性和耐热性难以同步提高的技术问题，通过在树脂基体中添加一种具有核壳结构的纳米橡胶粒子，提供了一种中温固化预浸料树脂基体，该树脂基体在保持高冲击强度的同时具有比现有技术增韧体系更高的玻璃化转变温度。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种解决技术问题之一所述的中温固化预浸料树脂基体的制备方法，该制备方法操作简便，显著缩短物料熔解、混合、脱泡的时间。

为解决以上技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种中温固化预浸料树脂基体，以质量份数计，包括100份环氧树脂混合物、1～15份固化剂、0.5～10份促进剂、3～30份核壳型橡胶粒子增韧剂；其中环氧树脂混合物以质量份数计由30～70份液态环氧树脂和70～30份固态环氧树脂混合而成。

上述技术方案中，优选的技术方案：所述液态环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂中的一种或两种以上的组合。

上述技术方案中，优选的技术方案：所述固态环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或两种以上的组合。

上述技术方案中，优选的技术方案：所述固化剂为双氰胺，双氰胺的粒径D90不超过25μm。

上述技术方案中，优选的技术方案：所述促进剂为取代脲，取代脲的粒径D90不超过25μm。

上述技术方案中，优选的技术方案：所述增韧剂为核壳型橡胶粒子增韧剂，其核优选为核为丁二烯与苯乙烯共聚物，壳为丙烯酸酯类聚合物。

为解决以上技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种中温固化预浸料树脂基体的制备方法，采用自转公转真空搅拌机作为环氧树脂组合物的混合设备，包括以下步骤：

a、将固态环氧树脂破碎为直径小于15mm的颗粒；

b、在自转公转真空搅拌机的容器中加入上述固态环氧树脂、液态环氧树脂、增韧剂和固化剂；

c、设定自转公转搅拌机的搅拌条件为：搅拌速度500～2000转/分钟、真空度0.2kPa～常压、搅拌时间1～30分钟，搅拌程序自动完成后，得到脱泡完全并混合均匀的中温固化预浸料树脂基体。