[發(fā)明專利]一種碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞用基體樹脂材料

在審

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• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111253712A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘆武剛;徐哲軍
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)第八研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L51/04;C08K5/3445;C08K7/06;C08J5/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞用基體樹脂材料，包括以下重量份數(shù)的原料組分：環(huán)氧樹脂100?150份；稀釋劑10?20份；增韌劑5?10份；固化劑50?80份；促進(jìn)劑4?8份；潤濕助劑1?3份。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基體樹脂材料綜合性能優(yōu)良、可用于碳纖維復(fù)合材料高壓氣瓶濕法纏繞用，制作的碳纖維復(fù)合材料性能能夠達(dá)到高壓氣瓶相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于樹脂材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞用基體樹脂材料。

背景技術(shù)

長期以來，氫氣作為一種重要的化工原料氣體廣泛應(yīng)用于石油煉化、合成氨等產(chǎn)業(yè)，而其能源屬性并未引起重視。近年來，隨著燃料電池技術(shù)及可再生能源發(fā)電(P2G)技術(shù)，氫能率先在交通運(yùn)輸和可再生能源儲能領(lǐng)域得到了示范，并備受世界各國重視。其中，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，最熱門的應(yīng)用是氫燃料電池汽車，而其一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在于儲氫氣瓶。

碳纖維及其復(fù)合材料憑借較高的比強(qiáng)度、比模量等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于儲氫氣瓶的研制與制備，儲氫規(guī)格已經(jīng)由商業(yè)化成熟運(yùn)行的35MPa逐漸向70MPa等更高儲氫規(guī)格發(fā)展。儲氫壓力的提高對儲氫氣瓶用碳纖維復(fù)合材料性能提出了更高的要求，如極限承壓能力、充氣/放氣循環(huán)性能等。但是，從設(shè)計(jì)與研制角度考慮，碳纖維表面呈化學(xué)惰性，不利于樹脂膠液的粘結(jié)，這就增加了70MPa碳纖維復(fù)合材料儲氫氣瓶研制的難度，相應(yīng)地提高了碳纖維復(fù)合材料用基體樹脂材料配方的性能技術(shù)要求。

目前，碳纖維復(fù)合材料高壓氣瓶多采用濕法纏繞成型工藝。這就要求，基體樹脂材料除了滿足相應(yīng)的物理機(jī)械性能要求之外，尤其是良好的界面結(jié)合性能，還需要滿足濕法纏繞工藝性能要求。總體來講，碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞用基體樹脂材料的膠液應(yīng)具有良好的粘度特性，基體應(yīng)具有較高的拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率、耐熱性、阻燃性、與碳纖維優(yōu)異的界面結(jié)合性能、耐疲勞性能等。

而本發(fā)明正是基于上述要求而提出的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞用基體樹脂材料。制備的基體樹脂膠液45℃起始粘度介于200～350mPa·s，適用期不低于3小時(shí)。該樹脂膠液可在90℃固化，經(jīng)“90℃/12h”固化后的澆鑄體拉伸強(qiáng)度大于80MPa，拉伸模量介于3.0～3.2GPa，斷裂延伸率不低于5.0％，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于110℃；該樹脂膠液對碳纖維具有優(yōu)異的粘結(jié)性能，T700S碳纖維復(fù)合材料橫向拉伸強(qiáng)度高達(dá)50MPa。該樹脂膠液的起始粘度低、適用期長，可中溫固化，中溫固化的基體拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率、模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高，與碳纖維的結(jié)合性好，適用于碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞成型工藝。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種碳纖維復(fù)合材料高壓容器濕法纏繞用基體樹脂材料，包括以下重量份數(shù)的原料組分：

進(jìn)一步的，所述的環(huán)氧樹脂為縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂。

更進(jìn)一步的，所述的縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂的25℃粘度介于0.1～0.3Pa·s，環(huán)氧當(dāng)量介于100～110g/mol。

進(jìn)一步的，所述的稀釋劑為聚丙二醇二縮水甘油醚。

更進(jìn)一步的，所述的聚丙二醇二縮水甘油醚的25℃粘度介于25～45mPa·s，環(huán)氧當(dāng)量介于290～330g/mol。

進(jìn)一步的，所述的增韌劑為甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯共聚物，其數(shù)均分子量介于250～400g/mol。

進(jìn)一步的，所述的固化劑為液態(tài)甲基四氫鄰苯二甲酸酐，其25℃粘度介于30～60mPa·s，酐基含量不低于41.0％。

進(jìn)一步的，所述的促進(jìn)劑是2-乙基-4-甲基咪唑。