[发明专利]一种适用于微波固化树脂基体及制备方法

说明书

一种适用于微波固化树脂基体及制备方法属复合材料制备领域。本发明选用极性的多官能度高性能环氧树脂为主体树脂，加入活性稀释剂调节树脂体系的粘度以适应缠绕等液体成型工艺，选择新型复配型固化剂来调节树脂基体固化活性，同时加入纳米填料提高树脂基体的微波响应性，并实现其力学性能、耐热性能及尺寸稳定性能。通过调整主体树脂、固化剂、稀释剂，纳米填料等组分结构及其配合比，研制出一种微波响应性和固化活性适合、综合力学性能优异、耐热性能好、尺寸稳定性高、低粘度的适用于微波固化树脂体系，对于制备纤维复合材料具有极大的指导意义，并可广泛应用于航空航天等领域。

技术领域

本发明属复合材料制备领域，主要涉及一种适用于微波固化树脂基体及其制备方法。

背景技术

树脂基复合材料因具有轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点，在航空航天、医疗、电子、机械等领域得到了越来越广泛的发展和应用。目前树脂基复合材料主要采用传统热固化方式进行固化，存在固化周期长、能耗大、固化效率低等缺点，同时由于固化时热量由材料外部向内部传递，造成材料内部存在温度梯度，沿厚度方向上的固化度不同，使树脂固化很难均匀，易产生较大内应力。此外，传统热固化方式还容易造成某些树脂基复合材料成型时使用的内部芯模、内嵌结构和辅助工装等材料的变形、甚至降解，大大增加了一部分树脂基复合材料成型的技术难度和工艺成本。而微波因具有独特的“分子内”均匀加热与选择性加热等特性，表现出树脂固化均匀、固化速度快、固化过程易于控制、节省能源、设备投资少等优点，在代替传统热固化方面已成为研究的热点。

近年来，国内外对于适用于微波固化树脂基体开展了一些的研究工作。孙涛等人[固体火箭技术,2012,35(5):679-682]采用微波固化技术，成功对双酚A环氧树脂/4，4'二氨基二苯甲烷(DDM)体系进行固化，测试树脂固化物拉伸强度为70.5MPa。但是由于选用的树脂基体极性低，对微波没有很好的响应性和固化活性，导致树脂固化物强度等性能低于传统热固化方式获得的数值。R.Yusoff等人[Journal of Engineering Science&Technology.2007,2(2):151-163]采用微波对碳纤维/环氧树脂RTM成型复合材料进行固化，虽然固化物获得与传统热固化方式相当的固化度，但是由于所选用的树脂基体粘度较高且基体和碳纤维微波响应性差异大，导致复合材料存在明显的缺陷，大大降低了复合材料的整体力学性能。总体来看，文献中报道的适用于微波固化树脂基体存在一些技术不足：一是树脂基体组成单一，所选用树脂的分子极性低，整个树脂基体的微波响应性差且最终固化度不高；二是树脂基体的微波固化工艺过于简单，微波固化效率低且与树脂微波反应活性的匹配性差；三是树脂基体的粘度偏高，与纤维的界面浸润性差，无法用于缠绕等液体成型工艺。因此，为了满足微波固化低粘度成型工艺的树脂体系需求，必须开发一种粘度低、微波响应性好、固化活性合适、力学性能好的可微波固化树脂基体。

发明内容

本发明选用多官能度的高性能环氧树脂为主体树脂，加入活性稀释剂调节树脂体系的粘度以适应缠绕等液体成型，选择新型复配型固化剂来调节树脂体系对微波的响应性和固化活性，并实现其力学性能、耐热性能及尺寸稳定性能。通过调整树脂基体、固化剂、稀释剂等组分结构及其配合比，研制出一种固化活性适合、综合力学性能优异、耐热性能好、尺寸稳定性高、粘度适合的微波固化树脂体系。

本发明一种适用于微波固化树脂基体，其特征在于：主体树脂为极性的多官能度含氟缩水甘油酯型环氧树脂、含氟缩水甘油醚型环氧树脂、含硫缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或几种，其中多官能度指二官能度或二官能度以上，稀释剂为低粘度缩水甘油醚型环氧树脂，其中低粘度指按照GB10247-2008中旋转法测试时25℃时粘度不超过1000cp；固化剂为杂环胺类、聚酰胺类、三氟化硼-胺类中的一种或几种；纳米填料组分为碳纳米纤维、蒙脱土、碳纳米管或石墨烯中的一种或几种。

本发明一种适用于微波固化树脂基体，其特征在于：主体树脂、稀释剂、固化剂、纳米填料的质量份数配比为100:30-60:40-70：0.5-2。