[发明专利]一种用于制备碳纤维复合材料的固化树脂及其应用

说明书

本发明涉及一种用于制备碳纤维复合材料的固化树脂及其应用，其原料包括烯烃聚合物单体、催化剂、无机组分和有机高分子助剂；其中，所述烯烃聚合物单体与催化剂的质量比为100～3500:1，所述无机组分的添加量为烯烃聚合物单体质量的0.1～10％，所述有机高分子助剂的添加量为烯烃聚合物单体质量的1～20％。与现有技术相比，本发明能够与碳纤维材料复合得到碳纤维复合材料，该复合材料具有更优的综合力学性能，制备条件简单易操作，易于自动化控制，适合规模化生产，能够有效替代目前碳纤维复合材料制备常用的环氧体系树脂，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及高分材料加工成型技术领域的新方法，尤其是涉及一种用于制备碳纤维复合材料的固化树脂及其应用。

背景技术

烯烃聚合物是一种新型的绿色工程塑料，可由石油裂解的烯烃聚合物单体通过开环移位聚合反应制得。烯烃聚合物材料质轻且综合性能优越，尤其具备力学性能卓越，具备高模量、高抗冲性以及高抗蠕变性的特点。结合反应注射成型工艺(Reaction InjectionMoulding，简称RIM)既可以保留烯烃聚合物韧性和刚性平衡的优异，又可以有效制备汽车关键部件，正成为取代现行工程塑料的新型高抗冲材料。碳纤维是新一代汽车用关键复合材料，具备质轻、强度高、高模量、适应环境能力强且耐酸、碱腐蚀等优点。以纤维尤其是碳纤维与烯烃聚合物形成的复合材料制备汽车部件，不仅能够进一步实现汽车轻量化，而且汽车材料的综合性也能进一步提升。汽车的轻量化是未来汽车的核心技术，研究意义着眼于减重、减油耗以及降低排放。实现汽车实现轻量化既有利于解决汽车工业面临新的排放标准，又有利于电动汽车推广。碳纤维复合烯烃聚合物材料因其材料性能以及加工成型工艺优点，必然成为汽车轻量化研究中的重要助力。

环氧树脂工业化在我国生产起步较晚。20世纪60年代末，我国科研工作者开始研究环氧树脂，并开始逐渐工业化生产。随后我国环氧树脂产业进入蓬勃发展的阶段，环氧树脂产量和品种不断增多。几年后，我国已完全掌握环氧树脂整套生产过程的技术。特别是改革开放以后，由于环氧树脂具有一系列优异性能，广泛地应用于粘接剂、耐化学腐蚀性涂料、电气绝缘材料、玻璃钢以及碳纤维等复合材料。如今环氧树脂已成为工业中不可或缺的重要材料。不过我国环氧树脂产业也存在诸多问题：低端产品过剩、高端产品不足，导致我国环氧树脂在国际市场上缺乏竞争力。目前，我国环氧树脂产量约200万吨，但有高精尖产品，严重依赖于进口，这极大影响我国下游高端材料的健康发展。

作为一种新型的先进复合增强材料，碳纤维增强环氧树脂基复合材料可以作为结构材料承载负荷，可以满足在重量、强度、刚度、疲劳特性等有严格要求的领域。但是，当碳纤维复合环氧树脂后，由于目前环氧树脂的条件制约，制备工艺流程较长、制备难度较大。由于环氧树脂力学性能限制，所制备的复合材料面外性能比较低，特别是层间性能较差受力时易发生层间开裂甚至分层等问题，当复合材料受力时在较小的应力下树脂层发生破坏，从而不能充分发挥碳纤维增强层的力学性能。尽管通过三维编织以及缝合等方法可以增加碳纤维复合材料的面外性能，但是由于改变了碳纤维在层内的有序排列，并且缝合等方法会使碳纤维受到不同程度的损伤，最终导致碳纤维复合材料面内性能有比较明显的下降。

碳纤维复合烯烃聚合物材料具有指导性，能够针对目标聚合材料的性能缺陷进行改性。结合无机材料如：纳米蒙脱土、纳米碳纤维、纳米氧化铝等，能够加强耐高温、抗腐蚀、高模量等性能，又能够兼容碳纤维材料高强、高模的特性，使得碳纤维复合烯烃聚合物材料能够广泛于汽车行业、建筑工业、医学等领域。