环氧树脂体系与环氧树脂材料及其制备方法以及碳纤维复合材料与流程

本发明涉及碳纤维用环氧树脂改性和制备领域，具体涉及一种环氧树脂体系与环氧树脂材料及其制备方法以及碳纤维复合材料。

背景技术：

1、由于机械性能优异、粘接性以及长期耐疲劳性能好，环氧树脂作为常用的热固性树脂应用于碳纤维复合材料。但是环氧树脂有一个比较大的弱点，即脆性大。特别是高玻璃化温度的环氧树脂体系脆性更大，从而限制了环氧树脂基碳纤维复合材料的应用，因此开发耐高温的高韧性环氧树脂体系，可以拓展碳纤维复合材料的应用，尤其在ⅳ型储氢气瓶以及军工等领域，对其耐热性、韧性及其耐疲劳性等都提出了较高的指标要求。

2、现有技术对树脂基体的增韧改性，研究最多的是加入合成橡胶、热塑性树脂、纳米粒子等实现增韧目的。

3、cn108384191a采用脂环类环氧树脂、酸酐固化剂以及纳米二氧化硅和硅橡胶核壳粒子增韧剂制备了一种低粘度高耐热环氧树脂组合物，固化后具有很好的耐热性能，玻璃化转变温度为220-260℃，但是其固化温度需要180℃、断裂伸长率小于1％，反应出树脂体系的韧性较差。

4、cn103045144a公开了一种环氧气瓶胶的制备方法，采用了液体环氧树脂或有机硅树脂、液体酸酐固化剂、聚醚类增韧剂酸酐以及促进剂制备了环氧气瓶胶，断裂伸长率大于4％，但其玻璃化温度仅为102℃，拉伸强度62mpa。

5、cn111484706a采用微波固化的方式、通过端羧基超支化聚合物对酰亚胺环氧树脂进行增韧以及选用低粘度腰果酚改性胺类固化剂与咪唑类离子液体促进剂调节树脂体系的适用期和固化反应活性，虽然解决了目前复合材料气瓶用树脂体系存在的问题，但由于原料来源、生产成本高、操作复杂等原因导致其工业应用价值较低。

6、综上所述，目前报导的碳纤维复合材料树脂体系中，存在韧性差，断裂伸长率偏低，工艺性或耐热性较差等缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在环氧树脂体系耐热性能差、韧性低和延伸性能差的问题，提供一种环氧树脂体系和环氧树脂材料及其制备方法以及碳纤维复合材料。

2、本发明的发明人在研究中发现，在环氧树脂体系中，引入聚双环戊二烯热固性树脂，再与其他试剂混料，能够形成一种耐高温增韧的环氧树脂材料，由此提出本发明。

3、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种环氧树脂体系，其中，该体系包括组分a和组分b，其中，

4、组分a包含100重量份的环氧树脂、10-20重量份的聚双环戊二烯、5-20重量份的活性稀释剂和2-6重量份的改性填料；

5、组分b包含100重量份的固化剂、10-20重量份的聚醚多元醇和1-5重量份的促进剂；

6、其中，组分a和组分b的重量比为1：(0.85-1.1)。

7、本发明第二方面提供一种环氧树脂材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

8、1)将100重量份的环氧树脂、10-20重量份的聚双环戊二烯、5-20重量份的活性稀释剂和2-6重量份的改性填料在第一温度下搅拌混合，冷却后得到组分a；

9、2)将100重量份的固化剂、10-20重量份的聚醚多元醇和1-5重量份的促进剂在第二温度下搅拌混合得到组分b；

10、3)将组分a和组分b按重量比为1：(0.85-1.1)在第三温度下搅拌混合后得到环氧树脂体系；

11、4)将步骤3)得到的环氧树脂体系进行固化，得到环氧树脂材料。

12、本发明第三方面提供一种本发明的制备方法制得的环氧树脂材料。

13、本发明第四方面提供一种碳纤维复合材料，其中，所述碳纤维复合材料包含本发明的环氧树脂材料。

14、通过上述技术方案，采用本发明提供的环氧树脂体系，本发明实现了有效地提高制得的环氧树脂材料的韧性、强度和耐热性；该环氧树脂材料的拉升强度能够达到86mpa以上，拉伸模量达到3.2gpa以上，弯曲强度在125mpa以上，弯曲模量能够达到3.77gpa以上，断裂伸长率在4％以上，玻璃化温度在178℃以上。

技术特征：

1.一种环氧树脂体系，其特征在于，该体系包括组分a和组分b，其中，

2.根据权利要求1所述的环氧树脂体系，其特征在于，所述组分a包含100重量份的环氧树脂、15-20重量份的聚双环戊二烯、8-20重量份的活性稀释剂和2-6重量份的改性填料；

3.根据权利要求1或2所述的环氧树脂体系，其特征在于，所述环氧树脂选自脂环族环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂和酚醛型环氧树脂中的至少两种；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的环氧树脂体系，其特征在于，所述改性填料选自经偶联剂处理后的纳米二氧化硅和/或纳米二氧化钛；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的环氧树脂体系，其特征在于，所述固化剂选自4,4-二氨基二苯甲烷、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐中的一种。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的环氧树脂体系，其特征在于，所述聚醚多元醇选自聚乙二醇和/或聚丙二醇；

7.一种环氧树脂材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一温度为60-120℃，第二温度为40-80℃，第三温度为20-60℃；

9.一种由权利要求7或8所述的制备方法制得的环氧树脂材料；

10.一种碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料包含权利要求9所述的环氧树脂材料；

技术总结
本发明涉及碳纤维用环氧树脂改性和制备领域，公开了一种环氧树脂体系与环氧树脂材料及其制备方法以及碳纤维复合材料，其特征在于，该体系包括组分A和组分B，其中，组分A包含100重量份的环氧树脂、10‑20重量份的聚双环戊二烯、5‑20重量份的活性稀释剂和2‑6重量份的改性填料；组分B包含100重量份的固化剂、10‑20重量份的聚醚多元醇和1‑5重量份的促进剂；其中，组分A和组分B的重量比为1：(0.85‑1.1)。本发明有效地提高制得的环氧树脂材料的韧性、强度和耐热性。

技术研发人员：黄勇,付东升,高晨曦,罗静祺,熊伟,张超
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27