一种碳纤维预浸料用环氧树脂组成物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种环氧树脂组成物，特别是涉及一种碳纤维预浸料用的低粘度环氧 树脂组成物及其制备方法，属于环氧树脂制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机的日益严重和环境保护的日趋迫切，风能作为一种清洁能源受到越 来越多的重视。叶片是风力发电的最重要的部件。为了满足叶片质量轻、刚度大、强度高和 耐疲劳性等特点，目前国际上叶片主要采用碳纤维复合材料制成。
[0003] 由于叶片在旋转过程需要抵抗较大的旋转扭力，对材料的力学性能有一定的要 求，尤其是弯曲和抗冲击性能。
[0004][0005] 目前国内以添加改性剂（如热塑性树脂、核壳增韧粒子）的方法为主。但根据文 献报道，橡胶弹性体或热塑性树脂的加入，不仅会降低树脂体系的玻璃化转变温度，也会导 致体系粘度急剧上升，提高预浸料制备过程中的涂膜和压辊等温度，给设备制造带来困难， 不利于预浸料的质量控制；而核壳增韧粒子价格昂贵，大大提高了原料的成本。
[0006] 除了在环氧树脂中添加改性剂外，也可针对固化剂进行改性。公开号为 CN87101669A的专利申请中，围绕着一种环氧树脂增韧复方固化剂进行细述。此专利申请中 提出使用2种或2种以上不同的固化剂，对环氧树脂的弯曲、冲击性能进行改性。但由于预 浸料工艺的特点，固化剂必须是潜伏型的，导致固化剂选型较窄，此方法并不适用。
[0007] 此外，现阶段国内的碳纤维风力叶片多是由碳纤维厚重织物采用溶液法预浸料或 手糊的工艺制成，前者由于涉及有机溶剂的挥发等问题，会对环境造成影响；后者则由于绝 大部分工序需要手工完成，导致人工成本高昂。因此使用热熔法制备厚重织物的预浸料十 分必要，而由于热熔法工艺特点的要求，树脂的粘度不能过低，避免造成树脂流失量过大， 而粘度太低则不利于织物的浸透。国内外现有的方法有：1)使用新型固化剂，在不改变环 氧树脂体系的前提下，提高树脂体系的弯曲性能，同时不增加体系的粘度，但此方成本较 高；2)使用稀释剂，降低环氧树脂的粘度，但此方法会造成树脂体系的力学性能降低。
【发明内容】
[0008] 本发明旨在针对上述现有技术的不足，提供一种碳纤维预浸料用环氧树脂组成物 及其制备方法，其制备方法简单，得到的碳纤维预浸料用环氧树脂能够在不使用昂贵改性 剂或稀释剂的前提下，通过控制环氧树脂基体中各物质的组成和成分，在不增加粘度的情 况下，改善环氧树脂体系的拉伸、弯曲和冲击强度。
[0009] 本发明提供一种碳纤维预浸料用环氧树脂组成物，其包括组分A、组分B和组分C ; 其中：
[0010] 所述组分A选自常温下为液体的环氧树脂、常温下为固体的环氧树脂或常温下为 半固体的环氧树脂中的一种或几种；
[0011] 所述组分B选自常温下为固体的潜伏型热活性多胺类物质，或常温下为固体或液 体的潜伏型芳香族多胺类物质，或常温下为液体的缩水甘油醚类环氧树脂中的一种或几 种；
[0012] 所述组分C选自常温下为液体的缩水甘油醚类环氧树脂，或常温下呈淡黄色液体 的咪唑类化合物，或常温下为白色固体的芳基异氰酸酯的加成物，或常温下呈固态的芳基 异氰酸酯与咪唑类化合物的加成物中的一种或几种。
[0013] 本发明中，组分A中，所述常温下为液体的环氧树脂为双酚F型缩水甘油醚类环氧 树脂，其结构式如下：
[0014]
[0015] 其中，札为氢原子或Q~C4的烷基，y彡0,且y为整数；
[0016] 所述常温下为固体的环氧树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂，其结构如下：
[0017]
[0018] 其中，R2为氢原子、Q~C4的烷基或羟基中的一种，η为2~5的整数；
[0019] 所述常温下为半固体的环氧树脂为酚醛型环氧树脂，其结构如下：
[0020]
[0021] 其中，m为2~5的整数。
[0022] 本发明中，组分B中，所述常温下为固体的潜伏型热活性多胺类物质为双氰胺，其 结构如下：
[0023]
[0024] 所述常温下为固体的潜伏型芳香族多胺类物质为二氨基二苯砜，其结构如下：
[0025]
[0026] 其中，心仏选自氢原子或仲氨基中的一种，且R3、R4不能同为氢原子；
[0027] 所述常温下为液体的潜伏型芳香族多胺类物质结构如下：
[0028]
[0029] 其中，R5、R6选自氢原子、甲基或乙基中任一种；
[0030] 所述常温下为液体的缩水甘油醚类环氧树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂， 其结构如下：
[0031]
[0032] 其中，R7为苯环数为1~2个的芳基。
[0033] 本发明中，组分C中，所述常温下为液体的缩水甘油醚类环氧树脂为双酚A型缩水 甘油醚类环氧树脂，其结构如下：
[0034]
[0035] 其中，R7为苯环数为1~2个的芳基。
[0036] 所述常温下呈淡黄色液体的咪唑类化合物的结构如下：
[0037]
[0038] 其中，R8、Rg为甲基、乙基或苄基；
[0039] 所述常温下为白色固体的芳基异氰酸酯的加成物结构如下：
[0040]
[0041] 其中，An为苯基及其衍丄
[0042] 所述常温下呈固态的芳基异氰酸酯与咪唑类化合物的加成物结构如下：
[0043]
[0044] 其中，Ri。为甲基、乙基或苯基，Rn、R12为氢原子或甲基，Xn为氯原子或硝基。
[0045] 进一步优选的，本发明的组分A中，所述双酚F型缩水甘油醚类环氧树脂，选自CYD F-170或CYDF-180中的一种；所述双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂，选自E-21、E-20或E-14 中的一种或几种；所述酚醛型环氧树脂，选自F-44、F-48或F-51中的一种或几种。
[0046] 进一步优选的，本发明的组分B中，所述常温下为液体的芳香族多胺类物质为二 乙基甲苯二胺；所述双酚A缩水甘油醚类环氧树脂，选自E-54、E-51、E-44中的一种或几种。
[0047] 进一步优选的，本发明的组分C中，所述双酚A缩水甘油醚类环氧树脂，选自E-54、 E-51、E-44中的一种或几种；所述常温下呈淡黄色液体的咪唑类化合物为2E4MZ或1B2MZ 中一种；所述常温下为白色固体的芳基异氰酸酯的加成物为N-(2-羟基苯基）-N'，Ν'-二甲 基脲、Ν- (4-氯苯基）-Ν'，Ν' -二甲基脲、Ν- (2-羟基-4-硝基苯）-Ν'，Ν' -二甲基脲中的一 种；所述常温下呈固态的芳基异氰酸酯与咪唑类化合物的加成物为选自Ν-氯苯基-Ν' -氨 基甲酰取代咪唑，或Ν-氯苯基-Ν' -氨基甲酰取代2-乙基-4-甲基咪唑中的一种。
[0048] 本发明中，以重量百分数计，组成物中，组分Β占组成物总质量的10-35% ;组分C 占组成物总质量的5-25% ;组分Α占组分Α、组分Β和组分C质量总和的60% -100%。
[0049] 本发明中，对于组合物中全部的环氧树脂而言，所述组分A中，所述常温下为固体 的环氧树脂的质量含量在20%~60%之间；所述常温下为液体的环氧树脂的质量含量在 0%~20%之间；所述常温下呈半固体的环氧树脂在0%~40%之间。
[0050] 本发明中，对于组合物中全部的多胺而言，所述固体的热活性多胺类物质的质量 含量大于50%，所述常温下为固体或液体的芳香族多胺类物质含量为0~30%之间；对于 组合物中全部的环氧树脂而言，组分B中常温下为液体的缩水甘油醚类环氧树脂的质量含 量的在0-30%之间。
[0051] 本发明中，以组分A、组分B和组分C的质量总和为基准，组分C中，常