一種玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料及其制備方法與流程
本發明涉及一種環氧樹脂基復合材料及其制備方法，具體涉及一種玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料及其制備方法。
背景技術：
環氧樹脂(epoxy resin)泛指含有兩個或兩個以上環氧基，以脂肪族、脂環族或芳香族等有機化合物為骨架并能通過環氧基團反應形成熱固性產物的高分子低聚體，具有液態、粘稠態、固態等多種形態。由于環氧樹脂具有優良的工藝性能、機械性能和物理性能，所制成的涂料、膠粘劑、復合材料樹脂基體、電子封裝材料等廣泛應用于機械、電子、電器、航空、航天、化工、交通運輸、建筑等領域。盡管環氧樹脂優點眾多，如優異的力學性能和熱穩定性，但由于其固化體系交聯密度高，固化過程中產生的內應力不易消除，導致固化體系脆性大，韌性不足，限制了環氧樹脂在眾多領域特別是先進材料領域中的應用。
玻璃纖維是一種性能優異的無機非金屬材料，種類繁多，優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高。將玻璃纖維用作環氧樹脂的改性材料，可大大提高環氧樹脂的抗拉強度、彈性模量，耐沖擊性、耐疲勞性以及斷裂韌性，具有極其重要的應用價值。但是，目前還沒有關于玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料的相關報道。
技術實現要素：
發明目的：本發明的第一目的在于提供一種玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料；本發明的第二目的在于提供該玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料的制備方法。
技術方案：本發明的玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料，其以環氧樹脂為基體，以改性玻璃纖維籠為增強體，該改性玻璃纖維籠為表面接枝超支化聚合物的玻璃纖維籠；其中，該玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料中，玻璃纖維籠與環氧樹脂的重量比為1:10～100。
上述玻璃纖維籠可為多種規則結構形式，優選其截面為三角形、正方形或正六邊形，上述三種結構成型加工便利、且在復合材料成型中易放置；其可由玻璃纖維沿縱橫向交錯編織而成，優選縱向上等距間隔編織，間隔距離為玻璃纖維長度的1/20～1/10；較優的，選用直徑為30μm，長度為100mm的玻璃纖維來編織；最好以E-玻璃纖維為編織原料。
接枝在玻璃纖維籠表面的超支化聚合物可為多種類型，優選為端氨基超支化聚合物、端環氧基超支化聚合物、端酚基超支化聚合物或端羥基超支化聚合物。
本發明的玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料的制備方法包括如下步驟：
(1)對1重量份的玻璃纖維籠進行硅烷化處理；
具體的，可將1重量份玻璃纖維籠浸入40重量份甲苯中，升溫至80℃，加入0.5重量份γ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h、洗滌，80℃真空干燥12h，得到硅烷化玻璃纖維籠。
(2)在硅烷化玻璃纖維籠表面浸漬包覆超支化聚合物，得到改性玻璃纖維籠；
優選的，可將步驟(1)制得的硅烷化玻璃纖維籠加入20重量份超支化聚合物中，在60～110℃下浸漬3～10h，洗滌、干燥，得到改性玻璃纖維籠。
(3)將10～100重量份環氧樹脂基體澆注入改性玻璃纖維籠中，固化，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。
較優的，將環氧樹脂基體澆注入改性玻璃纖維籠中后，先于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時。固化過程中優選胺類固化劑，胺類固化劑最好為4，4’-二氨基二苯砜。
有益效果：與現有技術相比，本發明的顯著優點為：
(1)本發明的玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料是一種新型的環氧樹脂基復合材料，以改性玻璃纖維籠作為增強體，玻璃纖維籠結構獨特，表現出優異的力學性能，當玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料受到外加載荷作用時，玻璃纖維籠承擔載荷作用，發揮結構優勢，能夠大幅提高環氧樹脂基復合材料的物理力學性能和韌性；
(2)本發明的制備方法中先對玻璃纖維籠進行硅烷化處理，改變其與聚合物之間的相容性；再使用超支化聚合物對其表面進行浸漬包覆，使玻璃纖維籠表面具有大量的活性基團，與樹脂基體中的活性基團反應活性高、相容性好，能夠提高其與樹脂基體之間的界面粘結性，增強界面粘結強度；最后進行澆注成型、養護，所得玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料具有優異的力學性能。
附圖說明
圖1為截面為正方形的玻璃纖維籠的結構示意圖；
圖2為截面為三角形的玻璃纖維籠的結構示意圖；
圖3為截面為正六邊形的玻璃纖維籠的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。
本發明的玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料，以環氧樹脂為基體，以改性玻璃纖維籠為增強體，該改性玻璃纖維籠為表面接枝超支化聚合物的玻璃纖維籠。
其中，玻璃纖維籠可為多種規則結構形式，其截面形狀可為各種多邊形，如圖1～3，其截面優選為三角形、正方形或正六邊形。
實施例1
首先，將1g截面為三角形的玻璃纖維籠(如圖1)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至60℃的端氨基超支化聚合物(20g)中，浸漬4h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為50.67MPa、2.34GPa、44.87KJ/m2、96.56MPa和2.56GPa。
實施例2
首先，將3g截面為三角形的玻璃纖維籠(如圖1)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端氨基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為61.54MPa、2.56GPa、48.43KJ/m2、98.78MPa和2.78GPa。
實施例3
首先，將5g截面為三角形的玻璃纖維籠(如圖1)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端氨基超支化聚合物(20g)中，浸漬8h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為60.76MPa、2.49GPa、46.12KJ/m2、90.23MPa和2.64GPa。
實施例4
首先，將2g截面為正方形的玻璃纖維籠(如圖2)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端環氧基超支化聚合物(20g)中，浸漬3h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為56.48MPa、2.28GPa、43.86KJ/m2、88.43MPa和2.47GPa。
實施例5
首先，將4g截面為正方形的玻璃纖維籠(如圖2)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至110℃的端環氧基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為32.54MPa、1.74GPa、30.25KJ/m2、78.67MPa和2.13GPa。
實施例6
首先，將6g截面為正方形的玻璃纖維籠(如圖2)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端環氧基超支化聚合物(20g)中，浸漬10h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為59.25MPa、2.29GPa、44.22KJ/m2、84.98MPa和2.51GPa。
實施例7
首先，將3g截面為正六方形的玻璃纖維籠(如圖3)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端酚基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為58.54MPa、2.37GPa、45.26KJ/m2、92.34MPa和2.56GPa。
實施例8
首先，將6g截面為正六方形的玻璃纖維籠(如圖3)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端羥基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為56.14MPa、2.25GPa、42.74KJ/m2、87.43MPa和2.32GPa。
實施例9
首先，將10g截面為正六方形的玻璃纖維籠(如圖3)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預先升溫至80℃的端羥基超支化聚合物(20g)中，浸漬10h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環氧樹脂復合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為60.76MPa、2.54GPa、47.25KJ/m2、94.67MPa和2.57GPa。
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