[發明專利]一種增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610846813.1
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN106476365B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 李又兵;周樺林;楊朝龍;夏天;盛旭敏;張攀;趙利亞;李查
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B32B17/02
• 分類號: B32B17/02;B32B17/10;B32B27/12;B32B27/38;B32B27/20;B32B33/00;B32B37/15;B32B38/16;C08L63/00;C08L67/00;C08K3/36
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 張先蕓,李華華

技術領域

本發明屬于玻璃纖維復合材料技術領域，具體涉及一種增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

環氧樹脂基玻璃纖維復合材料具有優異的力學性能，耐腐蝕性和化學穩定性；加工時體積收縮率小；成本低廉等突出優點。因此在建筑、通訊交通運輸、體育器材、電子電器、航天航空等領域應用廣泛。由于全球范圍實行節能減排，解決溫室效應。復合材料在大型飛機、風力發電葉片、汽車部件、石油開采抽油桿、電力輸送電纜等領域的應用將推動節能減排的實現。對于汽車使用方面就要求減重，提高燃油效率降低能耗，近幾年，輕量化新能源汽車已經成為世界汽車發展的潮流，對于復合材料的使用性能要求越來越高。

然而由于環氧樹脂固化交聯密度高，導致復合材料的沖擊強度低，因此對環氧樹脂復合材料增韌成為了關鍵。現有常見的增韌改性方法就是在樹脂基體中添加熱塑性彈性體，但是熱塑性彈性體的加入在提高沖擊強度的同時往往會降低材料的拉伸強度，使復合材料的拉伸性能受到影響，因而存在一定的不足之處。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明要解決的技術問題是：針對現有技術中環氧樹脂復合材料的沖擊強度低，且現有的增韌改性方法會減低復合材料的拉伸強度的技術問題，而提供一種韌性好、不會降低材料拉伸強度的增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料，包括至少一個復合材料單元，每一個復合材料單元包括一個環氧樹脂基材層和一個鋪設于所述環氧樹脂基材層上的玻璃纖維布鋪層，所述環氧樹脂基材包括如下質量份的組分：40～90份環氧樹脂、20～80份固化劑和1～25份增韌劑；所述增韌劑為液晶材料、納米二氧化硅和TPU中的一種或多種。針對現有技術中增韌改性方法在提高復合材料沖擊強度的同時，會降低材料的拉伸強度的技術問題，本發明改進了環氧樹脂基材的組分，選用納米二氧化硅、液晶高分子材料等有機無機剛性粒子作為增韌劑，一方面本發明納米二氧化硅、液晶高分子材料增韌劑分散性好，可以均勻地分散到環氧樹脂中，與環氧樹脂之間充分地吸附、鍵合，交聯在環氧樹脂中，增強了粒子與環氧樹脂的應力傳遞，進而提高抗沖擊能力，使得本發明制得的復合材料的抗沖擊強度相較于未進行增韌處理的復合材料提升了17～35％，另一方面因為采用的增韌劑具有剛性結構，在提高材料抗沖擊強度的同時可以避免材料的拉伸強度降低，解決了現有技術中采用熱塑性彈性體進行增韌改性會降低材料拉伸強度的技術問題。

進一步，當包括兩個或兩個以上復合材料單元時，每兩個復合材料單元之間通過一個復合材料單元的環氧樹脂基材層與另一個復合材料單元的玻璃纖維布層緊密貼合的形式以疊加形成所述增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料。這樣，可以使多個復合材料單元緊密貼合為一個整體，使制得的包含多個復合材料單元的復合材料抗沖擊性能更強，更適用于要求材料具有高抗沖擊性能的汽車部件、飛機部件、風力發電葉片方面應用。

進一步，包括1～12個復合材料單元。這樣，既能夠滿足材料的抗沖擊性能高，也避免了包括過多的復合材料單元而降低材料的拉伸強度，給拉伸性能帶來不良影響的問題。

進一步，所述環氧樹脂的環氧值為0.48～0.54。

作為優化，所述固化劑為二乙撐三胺與環氧丙烷丁基醚加成物、4,4'-二氨基二苯甲烷和六氫苯二甲酸酐中的一種或多種。選擇這樣的固化劑，可以使增韌劑更有序地交聯固定在環氧樹脂中，進而保證了制得的復合材料的抗沖擊強度性能更好。

作為優化，所述液晶材料的結構式如式1所示：

采用這樣的液晶材料，分散性能更好，能可以均勻地分散到環氧樹脂中，與環氧樹脂之間充分地吸附、鍵合，增加了粒子與環氧樹脂的接觸結合，進而提高抗沖擊能力。

作為又一優化，所述玻璃纖維布的密度為50-200g/m²。采用這樣密度的玻璃纖維布，可以有效保證復合材料的沖擊強度高，復合材料不容易破碎的同時，避免了密度過大而造成的拉伸強度低的問題。

一種增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)按照所述增韌環氧樹脂基玻璃纖維復合材料中環氧樹脂基材層的組分配方稱取原料；

2)將步驟1)稱取的環氧樹脂和增韌劑混合并于超聲波下處理5～40分鐘后，加入步驟1)稱取的固化劑在超聲波作用下混合均勻，得到環氧樹脂基材；

3)在模具中先涂覆一層步驟2)制得的環氧樹脂基材，再在所述環氧樹脂基材上鋪設一層玻璃纖維布，獲得第一復合材料單元；