[发明专利]一种高断裂韧性低粘度环氧树脂组合物

说明书

本发明属于环氧树脂体系技术，涉及一种高断裂韧性低粘度环氧树脂组合物，环氧树脂组合物的质量份数如下：胺类固化剂：30份～35份；环氧：55份～60份；核壳结构纳米粒子：5份～15份。胺类固化剂包括4,4'‑二氨基二苯砜或3,3'‑二氯‑4,4'‑二氨基二苯基甲烷或二者的混合物；环氧包括4,5‑环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯和2,2‑双(4‑环氧丙氧基苯基)丙烷的混合物，4,5‑环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯在环氧混合物中的质量比例为70～90％；核壳结构纳米粒子为商品化的MZ120。该环氧树脂组合物最低熔体粘度小于150mPa·s，固化后断裂韧性≥3.5MPa·m^1/2，同时具有较高的热和力学性能。

技术领域

本发明属于环氧树脂体系制备技术领域，涉及一种高断裂韧性低粘度环氧树脂组合物。

背景技术

目前，航空先进树脂基复合材料一个重要的发展方向，就是提高连续纤维增强复合材料层合板的损伤阻抗和损伤容限，而损伤阻抗常用的性能表征方法有Ⅰ型层间断裂韧性G_ⅠC,和Ⅱ型层间断裂韧性G_ⅡC，损伤容限常用的性能表征方法有冲击后的压缩强度CAI。而这些性能数据的高低主要由树脂的断裂韧性决定，因此如何提高树脂基体的断裂韧性具有非常重要的研究意义。

在航空先进树脂基复合材料制备技术领域，通常采用树脂转移模塑工艺(RTM)或真空辅助树脂注射工艺(VARI)制备复杂形状碳纤维增强树脂基层合结构制件，而所用的环氧树脂体系要求低粘度、高韧性、高模量和高玻璃化转变温度。

能够明显提高低粘度环氧树脂断裂韧性，通常有以下2种方法：(1)液体橡胶增韧改性环氧树脂，由于环氧树脂体系固化过程中出现相分离析出，形成“海岛结构”，高韧性橡胶相吸收断裂能量，提高树脂体系的断裂韧性，但是该液态橡胶增韧改性环氧树脂存在橡胶含量和树脂浇铸体热和力学性能的矛盾，随着橡胶含量的提高，树脂浇铸体力学性能和玻璃化转变温度下降非常明显，严重制约了树脂体系的应用；(2)核壳结构纳米粒子增韧改性环氧树脂，核壳结构聚合物是指由两种或两种以上单体通过乳液聚合制得的复合聚合物粒子，具有特殊的双层或多层结构。美国Cytec公司的PR520环氧树脂基体采用核壳粒子增韧改性，树脂基体具有优异的韧性和力学性能，断裂韧性K_IC为2.2MPa·m^1/2，拉伸模量为4.0GPa，断裂伸长率为3％，弯曲模量3.5GPa，玻璃化转变温度为160℃，其主要应用于风扇叶片RTM注射成型，但是公开的文献和专利并没有报道具体的配方。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高断裂韧性低粘度环氧树脂组合物，以满足航空先进树脂基复合材料对高断裂韧性和低粘度高性能环氧树脂的需求。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种高断裂韧性低粘度环氧树脂组合物，环氧树脂组合物的质量份数如下：胺类固化剂：30份～35份；环氧：55份～60份；核壳结构纳米粒子：5份～15份。

固化剂包括4,4'-二氨基二苯砜或3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷或二者的混合物。

环氧包括4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯和2,2-双(4-环氧丙氧基苯基)丙烷的混合物，4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯在所述混合物中的质量比例为70～90％。

核壳结构纳米粒子为日本钟渊化学商品化的MZ120。

所述4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯的环氧值为0.85～1.0。

所述2,2-双(4-环氧丙氧基苯基)丙烷的环氧值为0.52～0.56。

所述环氧树脂组合物的最低熔体粘度为92mPa·s。

所述环氧树脂组合物固化后的断裂韧性为2.5～3.8MPa·m^1/2。