本发明涉及高分子材料及其制备方法，特别涉及一种碳纤维预浸料及其制备方法。
背景技术：
碳纤维预浸料是由碳纤维纱、环氧树脂还有其他等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料，又名碳纤维预浸布；碳纤维预浸料广泛应用于钓具、运动器材、体育用品、航空航天等领域，目前，碳纤维预浸料长期存储需低温储存，增加了其应用成本。cn201310515677.4提供了一种室温储存，固化物力学稳定的预浸料，但是目前生产的碳纤维预浸料的常温存储时间需要进一步提高。另外，提高碳纤维预浸料的常温存储时间的另一困难是配方改变后，生产难度增加，调整配方后的组分无法实现连续生产，且生产的材料不均一。
申请人一直致力于碳纤维预浸料的研究，已经具有了碳纤维预浸料的生产实践和理论基础，例如201610338104.2(一种高强度碳纤维预浸料的制备方法)，公开了申请人制备碳纤维预浸料中的相关组分，如液态环氧树酯、固体环氧树脂、固化剂与促进剂等，但是申请人在研究能够常温储存的碳纤维预浸料时，依然遇到了以下难题：1、调整树脂比例和树脂类型时，即使小范围的调整和结构相似树脂的替换，均对产品成胶性能和最终固化后的性能影响很大，且调整后的配方无法大规模生产；2、由于碳纤维预浸料本身对材料性能要求极高且生产工艺的复杂性，造成申请人在调整其配方时，对材料的整体性能与生产周期造成很大影响。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供一种能够长时间常温储存的碳纤维预浸料，该碳纤维预浸料材料的固化物的力学性能稳定；本发明的另一目的是提供了一种碳纤维预浸料的制备方法，生产工艺简单。
技术方案：本发明所述一种碳纤维预浸料，主要由以下组分组成：环氧树脂、固化剂、促进剂和碳纤维；所述环氧树脂由质量比为1:1-2:1的酚醛环氧树脂、液态双酚a环氧树脂和固态双酚a环氧树脂组成。
所述酚醛环氧树脂选自npcn-704或638s中的一种。所述液态双酚a环氧树脂为npel-128。所述固态双酚a环氧树脂为npes-901。预浸料的最大特点是生产难度大，其后续的铺层法因每层需压实，故操作缓慢，故预浸料在生产过程中对树脂基料的选择极为苛刻，影响成胶时间和脱泡，若树脂选择不当，生产时还会造成流胶现象，造成生产的产品厚度不均一。
所述固化剂质量与环氧树脂质量比为3-8:100。固化剂与环氧树脂发生反应，形成网状立体聚合物，固化剂的选择影响最终材料的力学性能。
所述促进剂质量与环氧树脂和固化剂总质量比为0.5-5:100。促进剂可以提高反应速率，但其在产品中的用量较少。本发明的固化剂与促进剂并用，不仅要求其在常温下与树脂材料很好的混合，长期常温存储过程中不影响材料的稳定，还要求其保持活性，在材料固化时，得到力学性能优异的固化材料。此外，由于预浸料生产工艺的要求，环氧树脂、固化剂与促进剂的体系需不影响后续的生产工艺。
所述碳纤维质量与环氧树脂、固化剂和促进剂总质量比为1-4:1。
所述固化剂选自双氰胺100s、100sf或dda-5中的一种。
所述促进剂选自脲类ur700、改性咪唑pn40或改性咪唑pn50中的一种。
所述碳纤维选自45s、m30或m40中的一种或多种。
上述碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将酚醛环氧树脂、液态双酚a环氧树脂和固态双酚a环氧树脂在80-90℃下搅拌，混合完全后，得到混合液a；(2)向步骤(1)得到的混合液a中加入固化剂，在70-80℃下搅拌均匀后，得到混合液b；(3)向步骤(2)得到的混合液b中加入促进剂，在70-80℃下搅拌均匀后，得到混合液c；(4)将上述混合液c经涂胶得胶膜，将胶膜与碳纤维经过预浸工艺处理得到碳纤维预浸料。制备的碳纤维预浸料于常温储存，表面粘度不发生变化，则材料在常温下属于稳定状态。
其中，混合液c粘度较低时，则在涂胶之前，需初步固化，然后再进行涂胶，本发明为了减少固化步骤，调整混合液c黏度为10000-60000cps。该黏度通过布氏粘度计在常温常压下测定。通过树脂、固化剂和促进剂的选择，混合液c在该黏度范围内，无需固化并减少了生产过程中胶膜成型的时间，此外对碳纤维预浸料粘度控制，解决了生产过程中的脱泡困难。
所述涂胶为将混合液c置于涂胶机中，校验胶膜的每平米的克重，通过冷却板降低胶膜的温度至常温，得胶膜。所述预浸工艺为胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和碳纤维形成夹芯结构，依次通过热压辊，使树脂基体熔融，碳纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度至常温。
有益效果：本发明的碳纤维预浸料能够常温储存时间大于12个月，且产品力学性能优异；本发明制备的碳纤维预浸料生产工艺步骤简单，生产过程中温度控制适宜，不会造成产品高温变形。
具体实施方式
一、原料来源
1、酚醛环氧树脂购自南亚环氧树脂有限公司生产的npcn-704或638s酚醛环氧树脂；液态双酚a环氧树脂购自南亚环氧树脂有限公司生产的npel-128；固态双酚a环氧树脂购自南亚环氧树脂有限公司生产的npes-901；
2、碳纤维45s、m30或m40购自中复神鹰碳纤维有限责任公司；
3、固化剂双氰胺100s、双氰胺100sf以及双氰胺dda-5购自德国德固赛公司；
4、促进剂脲类ur700购自德国德固赛公司；改性咪唑pn40与pn50购自味之素精细化学株式会社；
5、其余材料均市购所得。
二、样品性能检测
1、样品性能测试：参照《gb/t2567-2008树脂浇铸体性能试验方法》。
三、样品制备
实施例1：将酚醛环氧树脂npcn-704、液态双酚a环氧树脂npel-128和固态双酚a环氧树脂npes-901各10kg在80℃下搅拌，混合完全后，得到混合液a；向混合液a中加入0.9kg固化剂双氰胺100s，在70℃下搅拌均匀后，得到混合液b，向混合液b中加入0.15kg促进剂ur700，在70℃下搅拌均匀后，得到混合液c，混合液c黏度为10000cps，取2kg混合液c于150℃固化2h，得环氧树脂浇铸体，测定环氧树脂浇铸体性能。将剩余混合液c置于涂胶机中，通过红外线仪校验胶膜每平米的克重，通过冷却板降低胶膜的温度至常温，得胶膜，将胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和31kg碳纤维45s成夹芯结构，依次通过热压辊，使树脂基体熔融，碳纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度至常温处理得到碳纤维预浸料。
实施例2：将10kg酚醛环氧树脂638s、20kg液态双酚a环氧树脂npel-128和10kg固态双酚a环氧树脂npes-901在90℃下搅拌，混合完全后，得到混合液a；向混合液a中加入1.5kg固化剂双氰胺100sf，在80℃下搅拌均匀后，得到混合液b，向混合液b中加入0.83kg促进剂改性咪唑pn40，在80℃下搅拌均匀后，得到混合液c，混合液c黏度为20000cps，取2kg混合液c于150℃固化2h，得环氧树脂浇铸体，测定环氧树脂浇铸体性能。将剩余混合液c置于涂胶机中，通过红外线仪校验胶膜每平米的克重，通过冷却板降低胶膜的温度至常温，得胶膜，将胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和85kg碳纤维m30形成夹芯结构，依次通过热压辊，使树脂基体熔融，碳纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度至常温处理得到碳纤维预浸料。
实施例3：将10kg酚醛环氧树脂638s、15kg液态双酚a环氧树脂npel-128和10kg固态双酚a环氧树脂npes-901在85℃下搅拌，混合完全后，得到混合液a；向混合液a中加入2.8kg固化剂双氰胺dda-5，在75℃下搅拌均匀后，得到混合液b，向混合液b中加入1.1kg促进剂改性咪唑pn50，在75℃下搅拌均匀后，得到混合液c，混合液c黏度为40000cps，取2kg混合液c于150℃固化2h，得环氧树脂浇铸体，测定环氧树脂浇铸体性能。将剩余混合液c置于涂胶机中，通过红外线仪校验胶膜每平米的克重，通过冷却板降低胶膜的温度至常温，得胶膜，将胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出，并和116.8kg碳纤维m40形成夹芯结构，依次通过热压辊，使树脂基体熔融，碳纤维嵌入树脂基体中，冷却降低预浸料温度至常温处理得到碳纤维预浸料。
实施例4：酚醛环氧树脂为10kg的npcn-704、液态双酚a环氧树脂为10kg的npel-128和固态双酚a环氧树脂为10kg的npes-901，固化剂为1.8kg双氰胺100sf，促进剂为1.5kg脲类ur700，混合液c黏度为60000cps，碳纤维为133.5kg的m30，其余同实施例3。
实施例5：酚醛环氧树脂为10kg的npcn-704、液态双酚a环氧树脂为20kg的npel-128和固态双酚a环氧树脂为10kg的npes-901，固化剂为2kg双氰胺100s，促进剂为1.3kg脲类ur700，混合液c黏度为40000cps，碳纤维为129.8kg的45s，其余同实施例3。
对比例1：环氧树脂为17.5kg酚醛环氧树脂638s和17.5kg固态双酚a环氧树脂npes-901，将剩余混合液c在80℃固化30分钟，置于涂胶机中，其余同实施例3。
对比例2：环氧树脂为21kg液态双酚a环氧树脂npel-128和14kg固态双酚a环氧树脂npes-901，将剩余混合液c在80℃固化30分钟，置于涂胶机中，其余同实施例3。
对比例3：原料中固化剂为双氰胺1400f，将剩余混合液c在80℃固化50分钟，置于涂胶机中，其余同实施例3。
对比例4：原料中促进剂为取代脲ur-d，将剩余混合液c在80℃固化50分钟，置于涂胶机中，其余同实施例3。
对比例5：原料中固化剂为双氰胺1400f、促进剂为取代脲ur-d，将剩余混合液c在80℃固化60分钟，置于涂胶机中，其余同实施例3。
四、结果测定
表1样品性能测定结果
由表1结果可以看出，样品在常温下储存12个月后表面未发生任何变化，且样品固化后的力学性能优异，可在不同的领域应用。