适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料

本发明具体涉及碳纤维复合材料，具体为一种适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料，特别涉及碳纤维复合材料异形件的减重用途。

背景技术：

1、近年来，碳纤维复合材料制品不断朝着小型化、轻量化、异型化、高性能化和“绿色化”方向发展，对于碳纤维复合材料的材料选择、成型工艺、和模具设计提出越来越高的要求。为了得到碳纤维异型件制品，国内外复合材料制作工商和科技工作者尝试采用机械加工(用雕刻机在大型板材上进行雕刻)、在基料中加入短切纤维采用注射成型等方面做了大量探索工作。但是，由机械加工(雕刻机雕刻)和注射成型得到的碳纤维异型件中的碳纤维是短丝或断丝(降低了碳纤维制品的强度)，难以满足轻质、高性能的要求。而采用压力罐或模压成型的方式不会改变碳纤维制品中碳纤维的长度，能得到高性能化碳纤维制品。但是，成型模具结构复杂、设计难度高，特别是难以找到合适的异型件内模材料等因素限制了压力罐和模压成型普遍使用。

2、聚酰胺(尼龙)材料的综合性性能好，可将其做成吹气袋(可进一步制成各种形状)，以便其适用于结构复杂的异型件内膜材料的用途。但是，尼龙材料的物理化学性质非常稳定，并且其热变形温度较高，很难用物理或化学方法将其从碳纤维异型件内部脱除，以达到进一步对碳纤维异型件减重的目的。特别对于形状复杂的小型碳纤维复合材料制品，将尼龙内模从碳纤维异型件中取出的难度极大，基本不可能彻底脱除，也无法满足对碳纤维异型件进一步减重的要求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料，本发明提供的内模模具材料在碳纤维预浸布固化成型后，能够在有机酸溶液中降解，将内模模具从碳纤维异型件上彻底脱除，且进一步降低碳纤维复合材料异型件的重量。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料，按照重量份计包括：

4、环氧树脂100份，

5、改性螺环胺60-100份，

6、气相二氧化硅2-5份，磷酸改性支化聚酯1-2份；

7、其中，改性胺含有螺环结构，优选的改性螺环胺的分子式如下所示，

8、

9、当r1为h时，r2为

10、中的一种；

11、或者，r1和r2均为

12、中的一种；

13、改性螺环胺的合成方法，包括如下步骤：

14、(1)二丙烯醛缩季戊四醇与半胱胺盐酸盐按照摩尔比1:3在烧瓶内混合，加入2％-5％的光引发剂安息香二甲醚，得到混合物；

15、用甲醇做溶剂，将所述混合物配成质量百分浓度15％-20％的溶液，室温、搅拌条件下，紫外灯照射反应5h；

16、(2)将烧瓶放置于冰箱内结晶过夜，经过滤、弃去上层清液，得到的产物白色结晶于30℃真空干燥箱中干燥至恒重；将得到的产物用0.2mol/lnaoh中和，再用2×100ml氯仿萃取后，收集有机相，用旋转蒸发仪除去氯仿，得到中间产物螺环胺于30℃的真空烘箱中干燥；

17、(3)粉末状螺环胺与烷基缩水甘油醚按照摩尔比1:1-1.5混合，用三氯甲烷溶解成质量百分浓度为30％-50％的溶液，回流状态下反应24h后，用旋转蒸发仪除去大部分溶剂后，于30℃真空干燥箱干燥，得到黏稠液体即为改性螺环胺，其中，烷基缩水甘油醚为缩水甘油、丁基缩水甘油醚、异辛基缩水甘油醚、异丙基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚、十四烷基缩水甘油醚中的至少一种。

18、优选，所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂中的任意一种或多种。

19、优选，所述环氧树脂的环氧值ev，0.20eq/100g≤ev≤0.55eq/100g。

20、优选，所述磷酸改性支化聚酯为迪瓦4193n(东莞市麦科斯复合材料有限公司)、1890m(烟台诺达新材料科技有限公司)中的一种或多种。

21、适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料的使用方法，包括以下步骤：

22、(1)将环氧树脂加热到40-45℃，加入磷酸改性支化聚酯，用机械搅拌混合均匀；

23、(2)将混合物分批置于三辊机上，开通冷却水，使得混合物的温度不超过35℃，加入改性螺环胺和气相二氧化硅，用三辊研磨机将原料碾压2-3遍，使混合物的颜色均一，得到可降解碳纤维异型件模具材料组合物。

24、内模模具的制备和溶解：将可降解碳纤维异型件模具材料组合物用二氯甲烷或三氯甲烷等溶剂溶解成50％-80％质量浓度的溶液，再将可溶性碳纤维异型件砂模浸入上述溶液中，取出砂模。在砂模表面形成一层薄膜，经干燥，除掉溶剂得到碳纤维异型材的内模模具。在内模模具表面铺敷碳纤维预浸料，固化成型。将碳纤维异型件浸入水中，待砂模水溶后，从碳纤维异型件中倒出沙子。然后，将碳纤维异型件置于甲酸水溶液中降解去除。经水洗、干燥后，得到碳纤维异型件。

25、有益效果：

26、本发明的改性螺环胺用作碳纤维异型件模具材料的组份之一，一方面其粘稠液态便于混合；另一方面在有机酸的作用下，螺环结构能够被降解成可回收重新利用的小分子多元醇，赋予碳纤维异型件模具材料可降解的性质，满足对碳纤维异型件(特别是小尺寸碳纤维件)与内模模具完全脱离的技术要求，并且达到了进一步减重的目的。

27、(1)本发明的改性螺环胺将部分螺环胺的伯胺转化为仲胺，增加了分子量，减小了与环氧树脂加成反应的活性，延长了组合物的施工时限，降低了模具材料的交联密度，更有利于内模模具的降解。(2)用柔性的烷基链缩水甘油醚改性螺环胺，破坏了分子结构的对称性和结晶能力。使内模模具材料的各组分更容易混合均匀，改善了操作、施工性能。(3)在环氧树脂与改性螺环胺反应过程中，磷酸改性支化聚酯分子能够缓慢从固化体系中迁移到模具表面形成隔离层，进而使得用有机酸对模具材料水解时，亲水的隔离层先溶于水相，使内模模具浸泡在有机酸水溶液中，缩短了有机酸渗透、作用的路径，加速了内模模具的水解。

技术特征：

1.适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料，其特征在于所述内模模具材料按照重量份数计包括：

2.根据权利要求1所述的适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料，其特征在于所述磷酸改性支化聚酯为迪瓦4193n或1890m中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料，其特征在于所述环氧树脂选自双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、酚醛环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂中的任意一种或多种，所述环氧树脂的环氧值ev在0.10eq/100g与0.70eq/100g范围内。

4.权利要求1-3任一项所述的适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了适用碳纤维异型件且可降解的内模模具材料。该碳纤维异型件的模具材料包括以下组分：环氧树脂100份，改性螺环胺60‑100份，气相二氧化硅2‑5份，磷酸改性支化聚酯1‑2份。本发明的碳纤维异型件模具材料是上述原料混合后获得的。本发明提供的模具材料制备的内模模具在碳纤维预浸布固化成型后，能够在有机酸溶液中降解，进而彻底与异型件彻底脱离，且进一步降低碳纤维复合材料异型件的重量。

技术研发人员：郑耀臣,亓晓乐,朱叶寒,柳志青
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16