陽離子光固化製備纖維增強樹脂基複合材料的方法及其樹脂組合物與流程

2023-04-22 16:35:26 1

本發明涉及樹脂基複合材料技術領域，具體地說是利用陽離子光固化反應中活性中心壽命長、體系可以後固化的特點，快速製備纖維增強樹脂基複合材料。

背景技術：

纖維增強樹脂基複合材料具有輕質高強、可設計性強、抗疲勞性能好、易實現多部件一體化等特點，在現代工業上得到了大量應用。隨著我國碳纖維規模生產擴大，在逐步滿足國內航空航天等高精尖領域的需要後，碳纖維在工業領域的應用開發就成為碳纖維及其複合材料完整產業鏈亟待解決的問題。目前，制約碳纖維規模應用首要因素是碳纖維昂貴的價格，其次是加工成型過程中的時間成本。

碳纖維增強複合材料的生產過程也是製品的生產過程，生產工藝水平直接影響最終產品的性能。以真空灌注成型工藝為例，首先將與製品形狀相近的碳纖維增強材料放入模具中，然後在負壓下快速注入熱固性樹脂，同時將模具在80-180℃下保持一段時間，進行充分的固化反應，最後脫模修邊，得到最終製品。可以看出，能耗高、耗時較長始終是碳纖維增強複合材料製造過程中的劣勢，不但增加了材料的製造成本，還與當今綠色環保、可持續發展的理念相背離，嚴重製約了它的進一步擴大應用。

與熱固化相比，紫外光固化反應簡單、便捷高效，僅需對材料的工作面進行照射，能耗僅是後者的十分之一到五分之一，運營維護成本低，已經被廣泛的使用於各個生產領域中。

本發明根據陽離子光固化反應中活性中心壽命長、體系可以後固化的特點，利用真空灌注成型技術快速製備碳纖維增強樹脂基複合材料，為降低整個複合材料製造過程的能耗及時間奠定基礎，達到綠色發展、低碳及可持續發展的目的。

技術實現要素：

本發明的技術任務是針對現有技術的不足，提供一種可快速固化的陽離子光固化樹脂組合物及其製備纖維增強樹脂基複合材料的方法。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

(1)本發明提供一種陽離子光固化樹脂組合物，其配方中原料組成及各組分重量份如下：環氧樹脂90-110份，陽離子光引發劑0.1-10份，光敏劑0-10份，活性稀釋劑0-35份，添加劑0-30份。

(2)所述環氧樹脂為縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂、脂環族環氧樹脂中的一種或多種，如e44環氧樹脂、e51環氧樹脂、3，4-環氧環己基甲基-3，4-環氧環己基甲酸酯、雙((3，4-環氧環己基)甲基)己二酸酯、環氧改性有機矽樹脂中的一種或多種。

(3)所述光引發劑為碘鎓鹽、硫鎓鹽中的一種或多種，如4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸鹽、二苯基碘鎓六氟磷酸鹽、三苯基硫鎓鹽、二苯基-(4-苯基硫)苯基鋶六氟磷酸鹽中的一種或多種。

(4)所述光敏劑為α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，二苯酮，安息香甲醚，安息香異丙基醚，安息香丁醚，苯偶醯，米蚩酮，硫雜蒽酮中的一種或多種。光敏劑的引入，以提高陽離子引發劑的引發效率。

(5)所述活性稀釋劑為環氧丙烷苄基醚、環氧丙烷苯基醚、丙烯基縮水甘油醚、雙縮水甘油醚、乙二醇雙縮水甘油醚中的一種或多種。活性稀釋劑的引入，可用於調節環氧樹脂的黏度，改善操作工藝系統的可操作性。

(6)所述添加劑為粉末或顆粒形式的填料、顏料、納米填料中的一種或多種，如氧化鋁、玻璃、陶瓷、石英、氣相二氧化矽等粉末或顆粒形式的填料或炭黑或鈦白等顏料，還可以加入納米填料，比如納米二氧化矽，納米尼龍纖維等。填料的引入，一方面可提高所形成固化物的強度，減少固化的體積收縮，另一方面可調節環氧樹脂的黏度，改善操作工藝性。

本發明提供一種纖維增強樹脂基複合材料，由上述陽離子光固化樹脂組合物基體相混合纖維增強相後製備得到，所述纖維增強相為碳纖維布或者玻璃纖維布，其中每100重量份纖維增強樹脂基複合材料中含有40-75重量份的紫外光固化樹脂組合物。

本發明的纖維增強樹脂基複合材料，其製備方法包括如下步驟：

(1)用紫外燈輻照混有光引發劑等原料的環氧樹脂，使其表面產生陽離子活性中心；

(2)迅速導入已經鋪放好纖維增強材料並且抽完真空的模具中，進行後固化反應，反應完全後，脫模可得到製品。

與現有技術相比，本發明的紫外光固化樹脂組合物及其製備纖維增強樹脂基複合材料的方法的有益效果是：

(1)本發明的陽離子光固化樹脂組合物具有後固化的特點，可以解決不透光體系或厚尺寸體系的光固化厚度的問題，並且該方法簡單便捷，能耗低。

(2)本發明以該組合物為基體相併以該方法製備的纖維增強樹脂基複合材料抗拉強度好，鋪設6層纖維增強相的樹脂基複合材料在5-60分鐘內即可完成一次性快速深層固化。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的紫外光固化樹脂組合物及其纖維增強樹脂基複合材料作以下詳細地說明。

本發明所述紫外光光源可以是各種產生紫外光的光源，可以根據光引發劑的類型選擇，如常用的高壓汞燈，led光源、氙燈。

實施例1

將e44環氧樹脂90份、4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸鹽0.5份加入反應容器中混合，將混合物經紫外光曝光後，通過真空灌注機，迅速將曝光後的樹脂注入已經鋪放好碳纖維增強材料的真空灌注模具中，進行後固化反應，反應完全後，脫模可得到製品。其中每100g纖維增強樹脂基複合材料中含有40g的紫外光固化樹脂組合物。

實施例2

將e51環氧樹脂100份、三苯基硫鎓鹽0.1份加入反應容器中混合，攪拌均勻，得紫外光固化樹脂組合物。本實施例紫外光固化樹脂固化物及纖維增強樹脂基複合材料製備方法同實施例1，不同的是其中每100g纖維增強樹脂基複合材料中含有60g的紫外光固化樹脂組合物。

實施例3

將3，4-環氧環己基甲基-3，4-環氧環己基甲酸酯110份、二苯基碘鎓六氟磷酸鹽0.4份、二苯基-(4-苯基硫)苯基鋶六氟磷酸鹽0.3份加入反應容器中混合，攪拌均勻，得紫外光固化樹脂組合物。本實施例紫外光固化樹脂固化物及纖維增強樹脂基複合材料製備方法同實施例1，不同的是其中每100g纖維增強樹脂基複合材料中含有75g的紫外光固化樹脂組合物。

實施例4

將e51環氧樹脂55份、環氧改性有機矽樹脂環氧樹脂es-0640份、三苯基硫鎓鹽2份、安息香丁醚0.2份、環氧丙烷苯基醚30份加入反應容器中混合，攪拌均勻，得紫外光固化樹脂組合物。本實施例紫外光固化樹脂固化物及纖維增強樹脂基複合材料製備方法同實施例1，不同的是其中每100g纖維增強樹脂基複合材料中含有65g的紫外光固化樹脂組合物。

實施例5

將雙((3，4-環氧環己基)甲基)己二酸酯20份、環氧改性有機矽樹脂環氧樹脂es-0680份、4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸鹽1份、二苯基-(4-苯基硫)苯基鋶六氟磷酸鹽1份、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮0.2份、雙縮水甘油醚15份、乙二醇雙縮水甘油醚10份、填料15份加入反應容器中混合，攪拌均勻，得紫外光固化樹脂組合物。本實施例紫外光固化樹脂固化物及纖維增強樹脂基複合材料製備方法同實施例1，不同的是其中每100g纖維增強樹脂基複合材料中含有35g的紫外光固化樹脂組合物。

實施例6

實施例1至5中任一纖維增強樹脂基複合材料鋪設層數3層，固化後在材料萬能試驗機上測試器其拉 伸性能，其抗拉強度達1500mpa至2600mpa以上。