[發明專利]一種超支化聚醚改性木質素環氧樹脂及其碳纖維復合預浸料

有效

• 申請號: 202010867778.8
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111944121B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 方品文;韓濤;王燚
• 申請（專利權）人: 山西生物質新材料產業研究院有限公司
• 主分類號: C08G59/02
• 分類號: C08G59/02;C08G59/18;C08G59/22;C08G81/00;C08J5/24;C08L63/00;C08K7/06
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發明提供了一種超支化聚醚改性木質素環氧樹脂及其碳纖維復合預浸料，所述超支化聚醚改性木質素環氧樹脂包括以下的原料：超支化聚醚，二元醇，二元酸酐，酶解木質素，環氧稀釋劑；所述超支化聚醚包括以下原料：帶羥基的氧雜環烷烴單體，聚醚單體，陽離子開環聚合催化劑。本發明通過陽離子開環聚合得到超支化的聚醚，可以替代一部分多元醇，制得的超支化聚醚改性的木質素環氧樹脂，韌性顯著增強，同時黏度減小，有利于和碳纖維復合材料的浸潤性；同時，所得環氧樹脂/碳纖維復合材料的耐候性和抗疲勞性皆優，經過各種老化模擬實驗，力學性能的保持率很高，抗疲勞性非常好，保證了在各種苛刻環境下使用的穩定性和安全性。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種超支化聚醚改性木質素環氧樹脂及其碳纖維復合預浸料。

背景技術

由于碳纖維增強的復合材料通常具有高強度、高剛性與輕量化的特性，由此在現代工業中得到廣泛利用，如航空航天、汽車、船舶重工以及深海油田等領域。隨著全球科技與生產工藝的進步以及應用領域的擴大，對材料性能的要求也越來越高,而以碳纖維為主要增強材料的碳纖維預浸料已經成為當今復合材料增強領域的研究熱點。

預浸料俗稱模塑料，是在樹脂嚴格控制條件下浸漬纖維及其織物而制成的組合體，把基體樹脂浸漬在碳纖維中制成片狀的疊層材料，是一種纖維與樹脂通過相應的層疊方式和工藝制備的未達到固化狀態前的產品。預浸料與纖維增強復合材料結合更好的體現了纖維增強復合材料所具有的優勢。預浸料的性能直接影響到復合材料性能的優劣，因此要求碳纖維預浸料除自身具有優良的粘結性能外還應具有良好的韌性和模量等性能優勢。對于復合材料的設計來說，預浸料是具有一定力學性能的結構單元，可進行結構設計。作為熱固性樹脂的代表，環氧樹脂因其優異的力學性能、介電性能，耐腐蝕性，粘接性、浸潤性以及低固化收縮率和適中的價格，現有技術中有很多作為制備碳纖維預浸料的基體材料。但熱固性環氧樹脂體系本身具有一定的缺陷性，通常情況下較熱塑性樹脂表現為低韌性，根據材料斷裂理論，固化后存在斷裂紋、銀紋等內部缺陷。因此對環氧樹脂進行增韌改性，現有技術中增韌的方法包括熱塑性樹脂增韌，無機納米粒子增韌，橡膠增韌。但是這些都屬于外加增韌劑的方法，不管是無機物質，納米微粒，或者聚合物，理論上屬于物理改性增韌的方法。這種增韌方法雖然能夠一定程度上增加材料韌性，但是材料的相容性不好。各性能的經時保持率不高，特別是涉及韌性的力學性能，長時間使用會在某處產生應力，這種缺陷隨著時間延長會慢慢擴散到整個材料，導致材料的性能變差。

碳纖維的耐疲勞性能本身已經很好，但是在一些特殊領域，比如風電葉片，承重拉桿，承受交變載荷的壓力容器，等領域對碳纖維材料的抗疲勞性提出了更高的要求。一旦復合材料疲勞失效，可能會引發嚴重事故。英國威格斯公司添加一種特定的碳纖維材料，能夠有效增強抗疲勞性，但是制作工藝和配方保密。

發明人在前的專利申請CN202010618114.8，披露了一種利用超支化聚醚改性合成木質素環氧樹脂，是利用三元以上的多元醇和內酯在有機金屬催化劑存在下反應得到聚酯為支鏈的星型聚合物，再和二元醇，二元酸酐，酶解木質素，環氧稀釋劑在硫酸催化劑下反應得到所述超支化聚醚改性木質素環氧樹脂。在對復合材料增韌改性的同時，耐候性好，在紫外加速和高溫高濕的老化條件下，力學強度保持率很高，但是抗疲勞性能還有待提升。

發明內容

為了解決現有技術中環氧樹脂/碳纖維預浸料材料碳纖維用量高，韌性差，耐候性和抗疲勞性不足，導致再一定條件下長期使用影響其性能，甚至導致一定安全隱患。本發明提供了一種超支化聚醚改性木質素環氧樹脂預浸料，將此預浸料樹脂與碳纖維材料結合所得復合材料的力學強度高，并且耐候性和抗疲勞性優異，說有著長時間的使用壽命和穩定性，綜合性能優異，能夠降低了碳纖維復合材料的成本，原料更環保，適合工業生產和商業推廣。

本發明的第一個目的是提供一種超支化聚醚改性木質素環氧樹脂，包括以下的原料：超支化聚醚，二元醇，二元酸酐，酶解木質素，環氧稀釋劑；所述超支化聚醚包括以下原料：帶羥基的氧雜環烷烴單體，聚醚單體，陽離子開環聚合催化劑。