本發(fā)明涉及碳纖維預(yù)浸料制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固化時間短、浸潤效果好、材料性能高的可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料及制作工藝。
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背景技術(shù)：
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碳纖維作為新一代增強材料，具有良好的力學性能，耐高溫、耐腐蝕性能優(yōu)良，耐有機溶劑、酸、堿性好。在實際應(yīng)用中，碳纖維常常用作增強纖維，碳纖維增強復(fù)合材料具有高強度、高剛性與輕量化的特性，用途廣泛。碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶重工以及深海油田等領(lǐng)域。近年來，隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們更加傾向于對高端產(chǎn)品的追求。目前碳纖維的實際應(yīng)用過程中，70％以上是通過碳纖維預(yù)浸料的方式實現(xiàn)的。預(yù)浸料是一種纖維與樹脂通過相應(yīng)的層疊方式和工藝制備的未達到固化狀態(tài)前的產(chǎn)品，是碳纖維制品經(jīng)常使用的半成品。
碳纖維預(yù)浸料深受很多高檔汽車制造廠商的青睞，如奔馳、寶馬、奧迪等幾乎都開始試應(yīng)用或己經(jīng)采用了各種碳纖維預(yù)浸料復(fù)合材料。碳纖維預(yù)浸料作為汽車材料，最大的優(yōu)點是質(zhì)量輕、強度大，質(zhì)量僅相當于鋼材的20％-30％，硬度卻是鋼材的10倍以上，所以采用碳纖維材料可以使汽車的輕量化取得突破性進展，并帶來節(jié)省能源的效益。為此，開發(fā)出一種性能優(yōu)異、回收利用率高且環(huán)保的碳纖維預(yù)浸料顯得尤為迫切，具有重大應(yīng)用價值與深遠意義。
然而，目前碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)領(lǐng)域存在著較多的問題，如環(huán)氧樹脂快速固化成型中的樹脂與纖維浸潤不足，固化反應(yīng)放熱集中，成型材料固化不均、殘余應(yīng)力、暴聚、適應(yīng)期短等，制約著行業(yè)的快速發(fā)展，基于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員進行了大量的研發(fā)和實驗，并取得了較好的成績。
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技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供一種固化時間短、浸潤效果好、材料性能高的可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料及制作工藝。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是提供一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料，按質(zhì)量百分比包括以下組分，
優(yōu)選地，所述固化劑包括改性胺類固化劑和雙氰胺；且雙氰胺和改性胺類固化劑的質(zhì)量比為(1.5-2.5)：1。
優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹脂包括不同分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂。
優(yōu)選地，所述碳纖維包括高性能T700、UTS50、T800和IM7碳纖維。
優(yōu)選地，所述促進劑為帶有活性氫成分的促進劑；且該所述活性氫包括-OH、-COOH、-SO3H、-CONH2、-CONHR、-SO2NH2和-SO2NHR。
一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料制作工藝，包括以下步驟，
S1、將不同分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂混合，制備具有優(yōu)良鋪覆性和固化性的預(yù)浸料樹脂；
S2、將預(yù)浸料樹脂通過涂膠機均勻涂覆在特殊的離型紙上，通過調(diào)整輥的溫度和轉(zhuǎn)速來保證預(yù)浸料厚度均勻，無氣泡，不產(chǎn)生預(yù)固化；
S3、將步驟S2涂覆好的離型紙與碳纖維通過多對輥軸碾壓結(jié)合，制備得到快速固化碳纖維預(yù)浸料，并控制固化溫度值范圍為120-150攝氏度，固化反應(yīng)時間小于等于5分鐘，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于等于120攝氏度。
優(yōu)選地，所述每1m2碳纖維預(yù)浸料所包含的碳纖維的質(zhì)量為10g-600g。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料制作工藝通過采用環(huán)氧樹脂、碳纖維、固化劑、促進劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、增韌劑以及消泡劑的上述配方設(shè)計，達到滿足預(yù)浸料樹脂較長時間的室溫儲存期和中高溫快速固化性能，當環(huán)氧樹脂的主體成份為雙酚A型環(huán)氧樹脂時，采用穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、增韌劑以及消泡劑進行配方設(shè)計，可以降低樹脂粘度，提高樹脂對纖維的浸潤速度和浸潤效果，增加固化后樹脂韌性，減少浸潤過程中氣泡的產(chǎn)生，通過本工藝生產(chǎn)的快速固化預(yù)浸料，經(jīng)檢測，具有合適的粘性和良好的鋪覆性，室溫儲存期長，可實現(xiàn)快速升溫、固化和冷卻，固化時間短，成型復(fù)合材料具有良好的韌性和耐濕熱性能，通過樹脂增韌技術(shù)，提高快速固化樹脂和復(fù)合材料的沖擊韌性。
[附圖說明]
圖1是本發(fā)明一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料制作工藝流程圖。
[具體實施方式]
為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定此發(fā)明。
請參閱圖1，本發(fā)明一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料，按質(zhì)量百分比包括以下組分，
通過采用環(huán)氧樹脂、碳纖維、固化劑、促進劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、增韌劑以及消泡劑的上述配方設(shè)計，達到滿足預(yù)浸料樹脂較長時間的室溫儲存期和中高溫快速固化性能，當環(huán)氧樹脂的主體成份為雙酚A型環(huán)氧樹脂時，采用穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、增韌劑以及消泡劑進行配方設(shè)計，可以降低樹脂粘度，提高樹脂對纖維的浸潤速度和浸潤效果，增加固化后樹脂韌性，減少浸潤過程中氣泡的產(chǎn)生，通過本工藝生產(chǎn)的快速固化預(yù)浸料，經(jīng)檢測，具有合適的粘性和良好的鋪覆性，室溫儲存期長，可實現(xiàn)快速升溫、固化和冷卻，固化時間短，成型復(fù)合材料具有良好的韌性和耐濕熱性能，通過樹脂增韌技術(shù)，提高快速固化樹脂和復(fù)合材料的沖擊韌性，非常適合應(yīng)用于如無人機、自行車的制造領(lǐng)域。
優(yōu)選地，所述固化劑包括改性胺類固化劑和雙氰胺；且雙氰胺和改性胺類固化劑的質(zhì)量比為(1.5-2.5)：1。環(huán)氧樹脂與不同固化劑的引發(fā)溫度、放熱峰值以及放熱量均不一樣，對于快速固化工藝，樹脂的升溫速率更快，固化反應(yīng)的峰值溫度更高，本設(shè)計利用改性胺類固化劑和雙氰胺的組合配方，可以滿足快速固化要求，且放熱平緩。
改性胺類固化劑是目前應(yīng)用范圍最廣的環(huán)氧樹脂固化劑，其與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)過程包括伯胺與環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)反應(yīng)生成腫胺；生成的腫胺繼續(xù)與環(huán)氧基反應(yīng)生成叔胺，叔胺可以催化伯胺的反應(yīng)。
雙氰胺是一種高溫環(huán)氧樹脂固化劑，在沒有促進劑的情況下，需要在150攝氏度下才能與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，目前雙氰胺常被當作潛伏型固化劑使用，即預(yù)先將雙氰胺分散在環(huán)氧樹脂中，然后在熱或者促進劑的引發(fā)下，使雙氰胺與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，通過促進劑也可以調(diào)節(jié)固化劑和環(huán)氧樹脂的反應(yīng)速率。
優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹脂包括不同分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂。通過采用不同分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂性能，達到滿足預(yù)浸料樹脂鋪覆性和固化工藝的要求。
優(yōu)選地，所述碳纖維包括高性能T700、UTS50、T800和IM7碳纖維。纖維直徑、表面粗糙度和表面能對碳纖維的浸潤性能均有一定的影響，其中纖維直徑是影響浸潤速率的主導(dǎo)因素，表面能和表面粗糙度對浸潤質(zhì)量的影響更加顯著。碳纖維原絲的平均纖維直徑為1-20μm。
優(yōu)選地，所述促進劑為帶有活性氫成分的促進劑；且該所述活性氫包括-OH、-COOH、-SO3H、-CONH2、-CONHR、-SO2NH2和-SO2NHR。
一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料制作工藝，包括以下步驟，
S1、將不同分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂混合，制備具有優(yōu)良鋪覆性和固化性的預(yù)浸料樹脂；通過不同分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和酚醛型環(huán)氧樹脂配合，調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂性能；
S2、將預(yù)浸料樹脂通過涂膠機均勻涂覆在特殊的離型紙上，通過調(diào)整輥的溫度和轉(zhuǎn)速來保證預(yù)浸料厚度均勻，無氣泡，不產(chǎn)生預(yù)固化；最終得到的樹脂粘度小于5000mPa.s，固化劑粘度小于100mPa.s，拉伸強度大于等于70MPa，彎曲強度大于等于110MPa，斷裂伸長率為0.04-0.07。
S3、將步驟S2涂覆好的離型紙與碳纖維通過多對輥軸碾壓結(jié)合，制備得到快速固化碳纖維預(yù)浸料，并控制固化溫度值范圍為120-150攝氏度，固化反應(yīng)時間小于等于5分鐘，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于等于120攝氏度。制備材料的復(fù)合材料的拉伸強度大于等于1400MPa，彎曲強度大于等于1200MPa，沖擊強度大于等于70KJ/m2。
優(yōu)選地，所述每1m2碳纖維預(yù)浸料所包含的碳纖維的質(zhì)量為10g-600g。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種可快速固化且儲存期長的碳纖維預(yù)浸料制作工藝1通過采用環(huán)氧樹脂、碳纖維、固化劑、促進劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、增韌劑以及消泡劑的上述配方設(shè)計，達到滿足預(yù)浸料樹脂較長時間的室溫儲存期和中高溫快速固化性能，當環(huán)氧樹脂的主體成份為雙酚A型環(huán)氧樹脂時，采用穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、增韌劑以及消泡劑進行配方設(shè)計，可以降低樹脂粘度，提高樹脂對纖維的浸潤速度和浸潤效果，增加固化后樹脂韌性，減少浸潤過程中氣泡的產(chǎn)生，通過本工藝生產(chǎn)的快速固化預(yù)浸料，經(jīng)檢測，具有合適的粘性和良好的鋪覆性，室溫儲存期長，可實現(xiàn)快速升溫、固化和冷卻，固化時間短，成型復(fù)合材料具有良好的韌性和耐濕熱性能，通過樹脂增韌技術(shù)，提高快速固化樹脂和復(fù)合材料的沖擊韌性。
以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。