[發明專利]一種碳纖維預浸料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710550332.0
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107118518A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 魯平才;楊智明
• 申請（專利權）人: 江蘇兆鋆新材料股份有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/06;C08J5/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 許丹丹

技術領域

本發明涉及高分子材料及其制備方法，特別涉及一種碳纖維預浸料及其制備方法。

背景技術

碳纖維預浸料是由碳纖維紗、環氧樹脂還有其他等材料，經過涂膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工而成的復合材料，又名碳纖維預浸布；碳纖維預浸料廣泛應用于釣具、運動器材、體育用品、航空航天等領域，目前，碳纖維預浸料長期存儲需低溫儲存，增加了其應用成本。CN201310515677.4提供了一種室溫儲存，固化物力學穩定的預浸料，但是目前生產的碳纖維預浸料的常溫存儲時間需要進一步提高。另外，提高碳纖維預浸料的常溫存儲時間的另一困難是配方改變后，生產難度增加，調整配方后的組分無法實現連續生產，且生產的材料不均一。

申請人一直致力于碳纖維預浸料的研究，已經具有了碳纖維預浸料的生產實踐和理論基礎，例如201610338104.2(一種高強度碳纖維預浸料的制備方法)，公開了申請人制備碳纖維預浸料中的相關組分，如液態環氧樹酯、固體環氧樹脂、固化劑與促進劑等，但是申請人在研究能夠常溫儲存的碳纖維預浸料時，依然遇到了以下難題：1、調整樹脂比例和樹脂類型時，即使小范圍的調整和結構相似樹脂的替換，均對產品成膠性能和最終固化后的性能影響很大，且調整后的配方無法大規模生產；2、由于碳纖維預浸料本身對材料性能要求極高且生產工藝的復雜性，造成申請人在調整其配方時，對材料的整體性能與生產周期造成很大影響。

發明內容

發明目的：本發明提供一種能夠長時間常溫儲存的碳纖維預浸料，該碳纖維預浸料材料的固化物的力學性能穩定；本發明的另一目的是提供了一種碳纖維預浸料的制備方法，生產工藝簡單。

技術方案：本發明所述一種碳纖維預浸料，主要由以下組分組成：環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維；所述環氧樹脂由質量比為1:1-2:1的酚醛環氧樹脂、液態雙酚A環氧樹脂和固態雙酚A環氧樹脂組成。

所述酚醛環氧樹脂選自NPCN-704或638S中的一種。所述液態雙酚A環氧樹脂為NPEL-128。所述固態雙酚A環氧樹脂為NPES-901。預浸料的最大特點是生產難度大，其后續的鋪層法因每層需壓實，故操作緩慢，故預浸料在生產過程中對樹脂基料的選擇極為苛刻，影響成膠時間和脫泡，若樹脂選擇不當，生產時還會造成流膠現象，造成生產的產品厚度不均一。

所述固化劑質量與環氧樹脂質量比為3-8:100。固化劑與環氧樹脂發生反應，形成網狀立體聚合物，固化劑的選擇影響最終材料的力學性能。

所述促進劑質量與環氧樹脂和固化劑總質量比為0.5-5:100。促進劑可以提高反應速率，但其在產品中的用量較少。本發明的固化劑與促進劑并用，不僅要求其在常溫下與樹脂材料很好的混合，長期常溫存儲過程中不影響材料的穩定，還要求其保持活性，在材料固化時，得到力學性能優異的固化材料。此外，由于預浸料生產工藝的要求，環氧樹脂、固化劑與促進劑的體系需不影響后續的生產工藝。

所述碳纖維質量與環氧樹脂、固化劑和促進劑總質量比為1-4:1。

所述固化劑選自雙氰胺100S、100SF或DDA-5中的一種。

所述促進劑選自脲類UR700、改性咪唑PN40或改性咪唑PN50中的一種。

所述碳纖維選自45S、M30或M40中的一種或多種。

上述碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：(1)將酚醛環氧樹脂、液態雙酚A環氧樹脂和固態雙酚A環氧樹脂在80-90℃下攪拌，混合完全后，得到混合液A；(2)向步驟(1)得到的混合液A中加入固化劑，在70-80℃下攪拌均勻后，得到混合液B；(3)向步驟(2)得到的混合液B中加入促進劑，在70-80℃下攪拌均勻后，得到混合液C；(4)將上述混合液C經涂膠得膠膜，將膠膜與碳纖維經過預浸工藝處理得到碳纖維預浸料。制備的碳纖維預浸料于常溫儲存，表面粘度不發生變化，則材料在常溫下屬于穩定狀態。

其中，混合液C粘度較低時，則在涂膠之前，需初步固化，然后再進行涂膠，本發明為了減少固化步驟，調整混合液C黏度為10000-60000cps。該黏度通過布氏粘度計在常溫常壓下測定。通過樹脂、固化劑和促進劑的選擇，混合液C在該黏度范圍內，無需固化并減少了生產過程中膠膜成型的時間，此外對碳纖維預浸料粘度控制，解決了生產過程中的脫泡困難。

所述涂膠為將混合液C置于涂膠機中，校驗膠膜的每平米的克重，通過冷卻板降低膠膜的溫度至常溫，得膠膜。所述預浸工藝為膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和碳纖維形成夾芯結構，依次通過熱壓輥，使樹脂基體熔融，碳纖維嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度至常溫。