一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹脂、固化劑、促進劑和高模量碳纖維為原材料制備而成，基于樹脂原料為高模量樹脂，在固化的過程中本身具有很好的剛性等特性，同時結合高模量碳纖維優異的剛性性能，再輔以合適的固化劑和促進劑協同作用，使碳纖維預浸料在使用過程中表現出良好的高模量高剛性特性，并且本發明的低流膠碳纖維預浸料的制備方法簡單、效率高、成本低、工業化生產潛力巨大，其制品具有高剛性高模量的優良特性，擴大了其在對剛性和模量要求較高的產品領域的應用范圍。
【專利說明】
一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及高分子材料制備技術領域，尤其涉及一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法。
【背景技術】
[0002]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;之所以叫預浸布是因為這只是樹脂與碳纖維的初步含浸，在產品成型時才是最終含浸的緣故，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，尤其是釣具，對模量和剛性的要求很高，現有碳纖維預浸料無法滿足此方面的要求。
[0003]因此，一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備值得研究。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中碳纖維預浸料存在的高流膠的問題，本發明提出了一種在固化成型后具有較高的剛性特性的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法。
[0005]技術方案:為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為:一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維為原材料制備而成，其中環氧樹脂由液態環氧樹脂和固態環氧樹脂組成，碳纖維為高模量碳纖維M30或M40中的一種，具體制備步驟如下:
[0006](I)將液態環氧樹脂與固態環氧樹脂在80-90 0C下攪拌，混合完全后，得到混合液A；
[0007](2)向步驟(I)得到的混合液A中加入固化劑，在70-80°C下攪拌均勻后，得到混合液B，其中混合液A與固化劑的質量比為100:3-100:8;
[0008](3)向步驟(2)得到的混合液B中加入促進劑，在70-80°C下攪拌均勻后，得到混合液C，其中混合液B與促進劑的質量比為100:0.5-100:5;
[0009](4)將上述混合液C與碳纖維通過涂膠以及與預浸工藝得到高剛性高模量碳纖維預浸料，其中混合液C和碳纖維的質量比為1:1-1:4。
[0010]更為優選的，所述液態環氧樹脂與固態環氧樹脂的質量比為5:1-5:5。
[0011]更為優選的，所述液態環氧樹脂為雙酸A型128或E51。
[0012]更為優選的，所述固體環氧樹脂為酚醛環氧型樹脂704或638S。
[0013]更為優選的，所述固化劑為雙氰胺100S、100SF以及DDA-5中的一種。
[0014]更為優選的，所述促進劑為二脲類U-24M、UR300、UR500中的一種。
[0015]更為優選的，所述混合液C的粘度為3000-30000cpS。
[0016]更為優選的，所述步驟(4)中的涂膠以及預浸工藝具體為將混合液C置于涂膠機中，通過紅外線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的的溫度，減少其固化程度，制得預浸料所用膠膜;再將上述膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和高模量碳纖維形成夾芯結構，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，纖維嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度，最后進行切邊、覆PE膜、收卷，制得高剛性高模量碳纖維預浸料。
[0017]有益效果:本發明提供的一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹月旨、固化劑、促進劑和高模量碳纖維為原材料制備而成，基于樹脂原料為高模量樹脂，在固化的過程中本身具有很好的剛性等特性，同時結合高模量碳纖維優異的剛性性能，再輔以合適的固化劑和促進劑協同作用，使碳纖維預浸料在使用過程中表現出良好的高模量高剛性特性，并且本發明的低流膠碳纖維預浸料的制備方法簡單、效率高、成本低、工業化生產潛力巨大，其制品具有高剛性高模量的優良特性，擴大了其在對剛性和模量要求較高的產品領域的應用范圍。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明:
[0019]實施例1:
[0020]—種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維為原材料制備而成，其中環氧樹脂由液態環氧樹脂和固態環氧樹脂組成，碳纖維為高模量碳纖維M30，具體制備步驟如下:
[0021](I)將33kg液態環氧樹脂雙酚A型128與67kg固態環氧樹脂酚醛環氧型樹脂704置于500L的帶有真空裝置的反應釜中，在80-90°C下攪拌30min，混合完全后，得到混合液A;
[0022](2)向步驟(I)得到的混合液A中加入5kg固化劑100S，在70-80 °C下攪拌30min，攪拌均勻后，得到混合液B;
[0023 ] (3)向步驟(2)得到的混合液B中加入0.8kg促進劑UR500，在70-80 °C下攪拌I Omin后，得到混合液C，混合液C的粘度為300-30000CPS;
[0024](4)取上述混合液C樣品進行力學強度測試，樣品澆鑄在不銹鋼模具上，160°C固化一個小時，脫模后得到高剛性高模量環氧樹脂澆注體的彎曲強度達到85Mpa，拉伸強度42Mpa，模量達到3500MPa以上，力學強度合格，可進行下一步工藝:
[0025]將混合液C置于涂膠機中，通過紅外線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的的溫度，減少其固化程度，制得預浸料所用膠膜;再將上述膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和高模量碳纖維M30形成夾芯結構，其中混合液C和碳纖維的質量比為1:1-1:4，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，高模量碳纖維M30嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度，最后進行切邊、覆PE膜、收卷，制得樹脂含量28%的高剛性高模量碳纖維預浸料，其碳纖維預浸料固化后的拉伸模量達到了 280GPa以上。
[0026]實施例2:
[0027]—種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維為原材料制備而成，其中環氧樹脂由液態環氧樹脂和固態環氧樹脂組成，碳纖維為高模量碳纖維M30，具體制備步驟如下:
[0028](I)將33kg液態環氧樹脂雙酚A型128與67kg固態環氧樹脂酚醛環氧型樹脂704置于500L的帶有真空裝置的反應釜中，在80-90°C下攪拌30min，混合完全后，得到混合液A;
[0029](2)向步驟(I)得到的混合液A中加入5kg固化劑100S，在70-80 °C下攪拌30min，攪拌均勻后，得到混合液B;
[0030](3)向步驟(2)得到的混合液B中加入2kg促進劑UR500，在70-80 °C下攪拌I Omin后，得到混合液C，混合液C的粘度為300-30000CPS;
[0031](4)取上述混合液C樣品進行力學強度測試，樣品澆鑄在不銹鋼模具上，150°C固化一個小時，脫模后得到高剛性高模量環氧樹脂澆注體的彎曲強度達到86Mpa，拉伸強度43Mpa，模量達到3400MPa以上，力學強度合格，可進行下一步工藝:
[0032]將混合液C置于涂膠機中，通過紅外線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的的溫度，減少其固化程度，制得預浸料所用膠膜;再將上述膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和高模量碳纖維M30形成夾芯結構，其中混合液C和碳纖維的質量比為1:1-1:4，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，高模量碳纖維M30嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度，最后進行切邊、覆PE膜、收卷，制得樹脂含量28%的高剛性高模量碳纖維預浸料，其碳纖維預浸料固化后的拉伸模量達到了 280GPa以上。
[0033]本實施例相對于實施例1中增加了促進劑UR500的用量以降低固化溫度，縮短固化時間，提高生產效率。
[0034]實施例3:
[0035]—種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維為原材料制備而成，其中環氧樹脂由液態環氧樹脂和固態環氧樹脂組成，碳纖維為高模量碳纖維M30，具體制備步驟如下:
[0036](I)將43kg液態環氧樹脂雙酚A型128與62kg固態環氧樹脂酚醛環氧型樹脂704置于500L的帶有真空裝置的反應釜中，在80-90°C下攪拌30min，混合完全后，得到混合液A;
[0037](2)向步驟(I)得到的混合液A中加入5kg固化劑100S，在70-80 °C下攪拌30min，攪拌均勻后，得到混合液B;
[0038](3)向步驟(2)得到的混合液B中加入0.8kg促進劑UR500，在70-80 °C下攪拌1min后，得到混合液C，混合液C的粘度為300-30000CPS;
[0039](4)取上述混合液C樣品進行力學強度測試，樣品澆鑄在不銹鋼模具上，150°C固化一個小時，脫模后得到高剛性高模量環氧樹脂澆注體的彎曲強度達到84Mpa，拉伸強度41 Mpa，模量達到3400MPa以上，力學強度合格，可進行下一步工藝:
[0040]將混合液C置于涂膠機中，通過紅外線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的的溫度，減少其固化程度，制得預浸料所用膠膜;再將上述膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和高模量碳纖維M30形成夾芯結構，其中混合液C和碳纖維的質量比為1:1-1:4，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，高模量碳纖維M30嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度，最后進行切邊、覆PE膜、收卷，制得樹脂含量22%的高剛性高模量碳纖維預浸料，其碳纖維預浸料固化后的拉伸模量達到了 290GPa以上。
[0041]本實施例相對于實施例1中增加了液體樹脂在樹脂體系中所占的比例的、以降低樹脂粘度，提高對碳纖維的浸潤性，得到低樹脂含量的碳纖維預浸料，進一步提高碳纖維的剛性和模量。
[0042]實施例4:
[0043]—種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，以環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維為原材料制備而成，其中環氧樹脂由液態環氧樹脂和固態環氧樹脂組成，碳纖維為高模量碳纖維M40，具體制備步驟如下:
[0044](I)將43kg液態環氧樹脂雙酚A型128與62kg固態環氧樹脂酚醛環氧型樹脂704置于500L的帶有真空裝置的反應釜中，在80-90°C下攪拌30min，混合完全后，得到混合液A;
[0045](2)向步驟(I)得到的混合液A中加入5kg固化劑100S，在70-80 °C下攪拌30min，攪拌均勻后，得到混合液B;
[0046](3)向步驟(2)得到的混合液B中加入0.8kg促進劑UR500，在70-80 °C下攪拌1min后，得到混合液C，混合液C的粘度為300-30000CPS;
[0047](4)取上述混合液C樣品進行力學強度測試，樣品澆鑄在不銹鋼模具上，150°C固化一個小時，脫模后得到高剛性高模量環氧樹脂澆注體的彎曲強度達到84Mpa，拉伸強度41 Mpa，模量達到3400MPa以上，力學強度合格，可進行下一步工藝:
[0048]將混合液C置于涂膠機中，通過紅外線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的的溫度，減少其固化程度，制得預浸料所用膠膜;再將上述膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和高模量碳纖維M40形成夾芯結構，其中混合液C和碳纖維的質量比為1:1-1:4，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，高模量碳纖維M40嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度，最后進行切邊、覆PE膜、收卷，制得樹脂含量22%的高剛性高模量碳纖維預浸料，其碳纖維預浸料固化后的拉伸模量達到了 390GPa以上。
[0049]本實施例相對于實施例3中增加了高碳纖維的剛性和模量，采用M40為纖維增強材料，進一步提高碳纖維預浸料的剛性和模量。
[0050]本發明提供的一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，基于樹脂原料為高模量樹脂，在固化的過程中本身具有很好的剛性等特性，同時結合高模量碳纖維優異的剛性性能，再輔以合適的固化劑和促進劑協同作用，使碳纖維預浸料在使用過程中表現出良好的高模量高剛性特性，并且本發明的低流膠碳纖維預浸料的制備方法簡單、效率高、成本低、工業化生產潛力巨大，其制品具有高剛性高模量的優良特性，擴大了其在對剛性和模量要求較高的產品領域的應用范圍。
[0051]應當指出，以上【具體實施方式】僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
【主權項】
1.一種高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于以環氧樹脂、固化劑、促進劑和碳纖維為原材料制備而成，其中環氧樹脂由液態環氧樹脂和固態環氧樹脂組成，碳纖維為高模量碳纖維M30或M40中的一種，具體制備步驟如下: (1)將液態環氧樹脂與固態環氧樹脂在80-90V下攪拌，混合完全后，得到混合液A; (2)向步驟(I)得到的混合液A中加入固化劑，在70-80°C下攪拌均勻后，得到混合液B，其中混合液A與固化劑的質量比為100:3-100:8; (3)向步驟(2)得到的混合液B中加入促進劑，在70-80°C下攪拌均勻后，得到混合液C，其中混合液B與促進劑的質量比為100:0.5-100:5; (4)將上述混合液C與碳纖維通過涂膠以及與預浸工藝得到高剛性高模量碳纖維預浸料，其中混合液C和碳纖維的質量比為1:1-1:4。2.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述液態環氧樹脂與固態環氧樹脂的質量比為5:1-5:5。3.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述液態環氧樹脂為雙酸A型128或E51。4.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述固體環氧樹脂為酚醛環氧型樹脂704或638S。5.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述固化劑為雙氰胺100S、100SF以及DDA-5中的一種。6.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述促進劑為二脲類U-24M、UR300、UR500中的一種。7.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述混合液C的粘度為3000-30000cps。8.根據權利要求1所述的高剛性高模量碳纖維預浸料的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中的涂膠以及預浸工藝具體為將混合液C置于涂膠機中，通過紅外線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的的溫度，減少其固化程度，制得預浸料所用膠膜;再將上述膠膜從預浸料機上、下膠膜輥中引出，并和高模量碳纖維形成夾芯結構，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，纖維嵌入樹脂基體中，冷卻降低預浸料溫度，最后進行切邊、覆PE膜、收卷，制得高剛性高模量碳纖維預浸料。
【文檔編號】C08K3/04GK106009531SQ201610338213
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】魯平才, 趙釬, 楊智明
【申請人】江蘇兆鋆新材料股份有限公司