[發明專利]一種高性能環氧樹脂基碳纖維復合材料制備方法

在審

• 申請號: 201510793930.1
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN105237958A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 蔣敏;呂曉雷;李燕平;馬閃紅;王金蓮;胡建冬;王云飛;魏娜
• 申請（專利權）人: 江西洪都航空工業集團有限責任公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L63/04;C08L71/10;C08K7/06;B29C70/44
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種碳纖維復合材料及其成型工藝，碳纖維復合材料制備技術領域。

背景技術

樹脂基碳纖維復合材料在自然條件下使用時，樹脂基體及纖維與樹脂的界面受到環境因素的影響，將導致界面破壞，性能下降、狀態改變，以至報廢。聚合物基復合材料的老化分為大氣自然老化和人工加速老化，由于自然老化耗時長，經過十幾年的老化試驗后，將跟不上材料的更新換代，因此，人工加速老化日益受研究者青睞。

濕熱環境條件對聚合物基復合材料的基體產生重要影響，高溫下纖維與樹脂基本熱膨脹系數的差異，導致界面產生內應力，在水分的作用下，使界面產生微裂紋，破壞界面結構，降低界面之間的結合力。基于此認識，根據不同濕熱環境下的吸濕擴散速率或不同濕熱環境下的濕熱效應試驗給出加速吸濕(老化)的經驗工程公式來計算加速因子。

本發明是通過在縮水甘油醚型環氧樹脂(E-54)中加入一定比例的鄰甲酚醛環氧樹脂(PGCN-700-3S)，使用L-固化劑，加入熱塑性樹脂聚芳醚酮(PEK-C)，制備成環氧樹脂體系。通過配方的調試，實現了兩步熱熔法制備環氧樹脂基碳纖維預浸料；通過工藝參數的摸索試驗，確定了最佳的成型工藝參數。制備的先進環氧樹脂基碳纖維復合材料在自然條件下放15年之久，各項性能指標幾乎沒有發生變化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐久性的高性能樹脂體系，用于制備航空主承力件的復合材料制件。

本發明通過適當的配比，把縮水甘油醚型環氧樹脂、鄰甲酚醛環氧樹脂、L-固化劑、丙酮稀釋劑、聚芳醚酮增韌劑配置成NY9200GB樹脂體系，經熱熔法制備成碳纖維或玻璃布預浸料，通過工藝參數研究試驗，確定碳纖維預浸料的成型工藝參數，采用熱壓罐法或模壓法制備成復合材料制件。

一種高性能環氧樹脂，其特征在于：按以下步驟進行配制：

1)按縮水甘油醚型環氧樹脂與鄰甲酚醛環氧樹脂以(75～85)：(25～15)的質量比將兩種樹脂混合，溶解得到組分A；

2)按組分A與PEK-C以85：12的質量比混合均勻，升溫至40℃～45℃時開啟攪拌器保持8min～12min，繼續升溫至135℃～155℃，保溫1h～2h至清澈透明，稱為組分B；

3)按組分A與L-固化劑以15：(6～10)的質量比預混合，放入三輥碾磨機進行碾磨，輥距由0.1mm逐次減少至兩棍相互接觸，稱為組分C；

4)按組分B與組分C以97：23的要求稱取所需的重量，放入70℃～75℃的雙星形掛壁式混合機或捏合機中進行0.5h～1h的混合，使之均勻即得到NY9200GB樹脂體系。

一種高性能環氧樹脂基碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟如下：以T700SC-12000-50C碳纖維為增強材料和NY9200GB樹脂體系為基體材料制備NY9200GB/T700SC碳纖維復合材料，將NY9200GB/T700SC碳纖維預浸料鋪貼成所需的尺寸，用真空袋密封完整，制件鋪疊時每8層預浸料進行一次抽真空，真空壓力保持25分鐘，視情鋪放吸膠層，預壓實及排氣，預制件的真空壓力不低于-0.095MPa進入熱壓罐，卸載真空壓力，以≤3℃/min的速度升溫至145℃±5℃范圍內，加壓至0.6MPa～0.7MPa，保溫40min～60min，以≤3℃/min的速度升溫至175℃～180℃之間，保溫2h～2.5h后，以≤3℃/min的速度降至室溫。

本發明的優點：NY9200GB樹脂體系適用于一步熱熔法和兩步熱熔法生產碳纖維預浸料和玻璃布預浸料；可通過熱壓罐法和模壓法制備碳纖維復合材料和玻璃布復合材料。制備的碳纖維復合材料70℃和85％RH環境箱內70天加速老化相當于在庫房條件下貯存14年和在露天條件下貯存1年的自然老化。因此，該復合材料的耐環境性能較好，可長期在室溫條件下貯存。

附圖說明

圖1是NY9200GB樹脂體系的粘溫曲線。

圖2是樹脂與預浸料的凝膠時間。

圖3是NY9200GB樹脂固化時間的DSC分析。

圖4是成型工藝參數圖。

具體實施方式

實施例1

一、NY9200GB樹脂體系的的配制

NY9200GB樹脂體系按以下步驟進行配制：

1)按縮水甘油醚型環氧樹脂(E-54)與鄰甲酚醛環氧樹脂(PGCN-700-3S)以80：20的配比(質量比)將兩種樹脂混合，升溫至125℃～130℃時，開啟攪拌器，直至兩種樹脂完全溶解。稱為組分A。