一种高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料及其制备技术领域，具体涉及一种高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料，本发明还涉及该环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术：

环氧树脂具有优异的粘接性、耐磨性、电绝缘性、化学稳定性、易加工成型以及成本低廉等优点，在电子仪表、建筑、机械、航天航空、涂料、电气绝缘材料及先进复合材料等领域应用广泛。但该材料存在强度低，在自然气候环境中使用时，会受到光、热、雨水、氧等各种大气因素的影响，使环氧树脂力学性能和防腐等性能降低，缩短使用寿命；特别是紫外光会使环氧树脂中的化学键发生断裂，导致树脂表面产生龟裂。为了提高环氧树脂的强度和抗紫外老化性能，常用的方法是在树脂中添加抗紫外老化的第二相。

抗紫外老化物质的第二相可分为有机紫外吸收剂和无机的紫外屏蔽剂。其中有机紫外吸收剂是通过自身对紫外线的吸收降低基体树脂与紫外线的直接接触，故存在耐热性不足，自身会分解等问题。无机紫外屏蔽剂多为具有半导体性质的无机纳米颗粒，例如氧化锌、氧化钛等。这些无机颗粒具有高的化学稳定性、热稳定性，易加工、无毒、生产安全性高、寿命长等优点，但具有半导体性质的无机纳米颗粒在紫外光下，小部分跃迁的电子和没有复合的空穴可与表面的吸附水或者其它物质反应，生成羟基自由基和活性氧自由基。这些自由基具有很高的活性可破坏基体树脂使树脂发生老化，故需使用光稳定剂来吸收和捕捉无机纳米颗粒产生的活性自由基。而大部分的光稳定剂为有毒物质，且耐热性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料，该复合材料可以自愈合，增强环氧树脂的使用强度和减缓复合材料在紫外光下基体树脂的降解，从而提高环氧树脂复合材料的使用寿命。

本发明的另一个目的是提供一种高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料，由以下组分组成：片状铝粉、环氧树脂和固化剂。

本发明的特点还在于，

片状铝粉的添加量为环氧树脂的2～4wt.％。

固化剂的添加量为环氧树脂的8～10wt.％；固化剂为二乙烯三胺。

环氧树脂为市售的E-44型。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采用高能球磨机对铝粉末进行球磨片状处理，其中溶剂为异丙醇，球磨后用异丙醇清洗，洗涤过程始终保持粉末浸没在异丙醇中，以确保铝表面未被氧化，得到异丙醇量小于10wt.％的铝粉/异丙醇分散液；

步骤2：将步骤1得到的铝粉/异丙醇分散液加入环氧树脂中，混合均匀后在70～80℃下加热直至异丙醇挥发完全；

步骤3：将固化剂加入到步骤2得到的混合物中，混合均匀后浇铸得到。

本发明的特点还在于，

步骤1中片状铝粉的添加量为环氧树脂的2～4wt.％。

步骤1中球料比：1:8～10、球磨时间：3～4h。

步骤2中环氧树脂为市售的E-44型。

步骤3中固化剂为二乙烯三胺，固化剂的添加量为环氧树脂的8～10wt.％。

本发明的有益效果是，本发明高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料，通过在环氧树脂中添加片状铝片，可通过无氧化的铝薄片增加树脂材料的强度，另外未氧化铝薄片可对紫外线进行反射，减少环氧树脂与紫外线的直接接触，由于该过程为物理反射，故再无需添加其他物质。

附图说明

图1是铝粉在200～600nm间的透过率图；

图2是球磨后表面无氧化的片状铝粉的扫描图；

图3是本发明高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料经60天紫外光照前后的强度值；

图4是本发明高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料在紫外照射下的黄变值。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料，由以下组分组成：片状铝粉、环氧树脂和固化剂。其中片状铝粉的添加量为环氧树脂的2～4wt.％；固化剂的添加量为环氧树脂的8～10wt.％；固化剂为二乙烯三胺；环氧树脂为市售的E-44型。

图1为铝粉对200～600nm紫外光的透过率。由图1可知铝粉对200～600nm的紫外光具有优异的反射性。由于紫外光对复合材料的影响是由表及里的，同时本发明为了进一步放大铝粉对紫外光的反射，将常规的球状铝粉，通过改变球料比研磨成径厚比为100：1、直径大于20μm的铝粉末，如图2所示，其中未氧化率约为70％。无氧化的铝粉末为银白色，这样的薄片状的铝粉比表面积较大，在与环氧树脂混合后可漂浮在树脂表面，从而加强复合材料表面对环境中紫外光的反射。

图3为紫外光照前后，本发明高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料的拉伸强度值。图3可知，经60天紫外光照后复合材料的强度均发生了不同程度的降低，但添加铝粉的复合材料的拉伸强度均大于未老化的纯环氧树脂。由此可知，铝粉的添加有效地降低了树脂因紫外光照引起的强度降低。

图4为复合材料在紫外光照60天的黄变值变化(ΔYI)情况。由图4可知，光照后试样的ΔYI值均为正数，说明所有试样的表面颜色均向黄色方向变化。而铝粉添加后复合材料的ΔYI值发生了大幅度的降低，这一规律与强度的损失率相同，从表面颜色方面再一次证实铝粉可有效地反射环境中的紫外光，降低复合材料对紫外光的吸收，从而缓解其因紫外光照引起的性能退化。

上述高强度抗紫外老化的环氧树脂复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按环氧树脂的重量称取2～4wt.％的平均直径为10μm的铝粉末，采用高能球磨机对铝粉末进行球磨片状处理，其中溶剂为异丙醇，球料比：1:8～10、球磨时间：3～4h，球磨后用丙烯醇清洗3次，洗涤过程始终保持粉末浸没在异丙醇中，以确保铝表面未被氧化，得到异丙醇量小于10wt.％的铝粉/异丙醇分散液；

步骤2：将步骤1得到的铝粉/异丙醇分散液加入环氧树脂中，混合均匀后在70～80℃下加热直至异丙醇挥发完全；

步骤3：按环氧树脂的重量称取8～10wt.％的固化剂二乙烯三胺，将固化剂加入到步骤2得到的混合物中，混合均匀后浇铸得到。

本发明的优点：

1.本发明中将市售的球状铝粉在异丙醇中球磨，去掉原有铝粉末表面包附的有机物和氧化物，得到纯银白色的无氧化的铝粉末。球磨过程使铝粉末从球状变为薄片状，且薄片状的径厚比较大，使环氧树脂固化时片状铝粉能漂浮在树脂表面，增大铝粉在树脂表面的含量。无氧化的铝粉末有较强的紫外反射作用，可加强复合材料表面对环境中紫外光的反射，增强环氧树脂的抗紫外线能力。

2.片状铝粉末还起到了增强相的作用，增强了环氧树脂的力学性能。

3.一旦环氧树脂表面出现龟裂，无氧化的铝粉末会与外界空气接触发生氧化。氧化后的铝粉末，体积会膨胀，膨胀的部分会堵住龟裂的裂纹，防止了雨水或腐蚀性介质沿龟裂纹向环氧树脂内部扩散，提高了环氧树脂材料的防腐性能。

实施例1

步骤1：按环氧树脂的重量称取2wt.％的平均直径为10μm的球状铝粉，采用高能球磨机对秤取的球状铝粉进行球磨处理，其中溶剂为：异丙醇、球料比：1:10、球磨时间：3小时，球磨后的片状铝粉用异丙醇清洗3次，得到异丙醇量小于10wt.％的铝粉/异丙醇分散液；

步骤2：将得到的铝粉/异丙醇分散液加入已去除气泡的环氧树脂中，混合均匀后在70℃下加热直至异丙醇挥发完全；

步骤3：按环氧树脂的重量称取8wt.％的固化剂二乙烯三胺，添加至步骤2的混合物中混合均匀后，进行浇铸即得。

实施例2

步骤1：按环氧树脂的重量称取3wt.％的平均直径为10μm的球状铝粉，采用高能球磨机对秤取的球状铝粉进行球磨处理，其中溶剂为：异丙醇、球料比：1:8、球磨时间：4小时，球磨后的片状铝粉用异丙醇清洗3次，得到异丙醇量小于10wt.％的铝粉/异丙醇分散液；

步骤2：将得到的铝粉/异丙醇分散液加入已去除气泡的环氧树脂中，混合均匀后在80℃下加热直至异丙醇挥发完全；

步骤3：按环氧树脂的重量称取9wt.％的固化剂二乙烯三胺，添加至步骤2的混合物中混合均匀后，进行浇铸即得。

实施例3

步骤1：按环氧树脂的重量称取4wt.％的平均直径为10μm的球状铝粉，采用高能球磨机对秤取的球状铝粉进行球磨处理，其中溶剂为：异丙醇、球料比：1:9、球磨时间：3.5小时，球磨后的片状铝粉用异丙醇清洗3次，得到异丙醇量小于10wt.％的铝粉/异丙醇分散液；

步骤2：将得到的铝粉/异丙醇分散液加入已去除气泡的环氧树脂中，混合均匀后在75℃下加热直至异丙醇挥发完全；

步骤3：按环氧树脂的重量称取9wt.％的固化剂二乙烯三胺，添加至步骤2的混合物中混合均匀后，进行浇铸即得。