本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種活性端基液態(tài)橡膠與空心玻璃微珠協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。具體制備步驟為：將空心玻璃微珠與活性端基液態(tài)橡膠充分混合后與環(huán)氧樹脂進(jìn)行預(yù)酯化反應(yīng)，然后加入固化劑混合高速剪切攪拌，再抽真空脫除氣泡后加入固化促進(jìn)劑，接著澆鑄成型，最后分別在低溫、中溫和高溫進(jìn)行固化，制得協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性、模量、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)提供了一種活性端基液態(tài)橡膠與空心玻璃微珠協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。具體制備步驟為：將空心玻璃微珠與活性端基液態(tài)橡膠充分混合后與環(huán)氧樹脂進(jìn)行預(yù)酯化反應(yīng)，然后加入固化劑混合高速剪切攪拌，再抽真空脫除氣泡后加入固化促進(jìn)劑，接著澆鑄成型，最后分別在低溫、中溫和高溫進(jìn)行固化，制得協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性、模量、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。【專利說明】
本專利技術(shù)屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，具體是一種活性端基液態(tài)橡膠和空心玻璃微珠協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)介紹
環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的電絕緣、機(jī)械、粘接性能，及耐化學(xué)腐蝕等特性被廣泛使用。然而，環(huán)氧樹脂的耐開裂、耐熱性較差，特別是抗沖擊性能低的特點(diǎn)限制了它在高端產(chǎn)品中的應(yīng)用。增韌改性是提高環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能、拓展其應(yīng)用范圍的必然選擇。增韌環(huán)氧樹脂的方法包括添加橡膠、熱塑性樹脂(如聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺等)、互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)、核殼結(jié)構(gòu)聚合物、嵌段共聚物，及采用柔性固化劑增韌等方法。其中，液態(tài)橡膠增韌，特別是含活性端基的液態(tài)橡膠因具有參與環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的能力而備受關(guān)注。然而，單純采用液態(tài)橡膠增韌，雖然能提高環(huán)氧樹脂的韌性，但同時(shí)會(huì)降低其強(qiáng)度、硬度，及玻璃化溫度。空心玻璃微珠(HGB)具有質(zhì)量輕、粒徑和壁厚可控，抗壓強(qiáng)度、熔點(diǎn)及電阻率高，熱導(dǎo)系數(shù)和熱收縮系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，在石油工業(yè)、航空航天、新型高速列車、汽車輪船、隔熱涂料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了，目的是以活性端基液態(tài)橡膠和空心玻璃微珠為填充劑，實(shí)現(xiàn)對環(huán)氧樹脂的協(xié)同增韌，同時(shí)空心玻璃微珠賦予環(huán)氧樹脂復(fù)合材料高的模量、彎曲強(qiáng)度和阻尼特性。 本專利技術(shù)提供一種環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，為空心玻璃微珠和活性端基液態(tài)橡膠協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其中空心玻璃微珠的填充量為環(huán)氧樹脂的I~20wt%，活性端基液態(tài)橡膠的填充量為環(huán)氧樹脂的5~35wt%。本專利技術(shù)還提供一種環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:I)將空心玻璃微珠與活性端基液態(tài)橡膠在攪拌作用下充分混合；將得到的空心玻璃微珠和活性端基液態(tài)橡膠混合物與環(huán)氧樹脂在60~80°C持續(xù)攪拌下，進(jìn)行預(yù)酯化反應(yīng)2~6小時(shí)；其中，所述空心玻璃微珠的添加量為環(huán)氧樹脂的I~20wt %，所述活性端基液態(tài)橡膠的添加量為環(huán)氧樹脂的5~35wt% ；2)向步驟I)得到的預(yù)酯化反應(yīng)后的體系中加入固化劑混合后高速剪切攪拌，制得分散均勻的環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液；3)將步驟2)得到的環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液抽真空脫除氣泡后加入固化促進(jìn)劑，并攪拌混合；4)將步驟3)所得加入固化促進(jìn)劑的環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液澆鑄后，分別在低溫、中溫和高溫進(jìn)行固化，制得協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。在上述方法中:所述高速剪切攪拌通常指在300rpm以上的剪切攪拌。所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A型的E-51、E-44、E-54、E-42中任一種。所述的空心玻璃微珠粒度為微米級，密度為125~600kg/m3。所述的活性端基液態(tài)橡膠為端羧基液態(tài)丁腈橡膠、端羥基液態(tài)丁腈橡膠、端羧基液態(tài)聚丁二烯 、端羥基液態(tài)聚丁二烯中的一種。所述的固化劑為六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐，甲基六氫鄰苯二甲酸酐，甲基四氫鄰苯二甲酸酐，鄰苯二甲酸酐，甲基納迪克酸酐中的任意一種；固化劑的添加量為環(huán)氧樹脂的40~IOOwt%。所述的固化促進(jìn)劑為三乙醇胺、芐基二甲胺、2-乙基-4甲基咪唑、二甲氨基甲基苯酚、2，4，6_三(二甲氨基甲基)苯酚中的一種；固化促進(jìn)劑的添加量為環(huán)氧樹脂的0.5~2wt % ο所述的低溫固化溫度為50~80°C,固化時(shí)間為I~5小時(shí)；所述中溫固化溫度為100~120°C，固化時(shí)間為I~5小時(shí)；所述高溫固化溫度為150~180°C，固化時(shí)間為3~10小時(shí)。本專利技術(shù)所得的協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性、模量、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(實(shí)例I和實(shí)例2)與純環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂/端羧基液態(tài)丁腈橡膠共混材料的性能對比見表1。【專利附圖】【附圖說明】圖1為根據(jù)本方案實(shí)施例1所制備的協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料脆斷表面的掃描電鏡(SEM)圖。圖2為根據(jù)本方案實(shí)施例2所制備的協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料脆斷表面的掃描電鏡(SEM)圖。【具體實(shí)施方式】將活性端基液態(tài)橡膠與空心玻璃微珠(HGB)混雜填充環(huán)氧樹脂，活性端基液態(tài)橡膠賦予環(huán)氧樹脂高韌性的同時(shí)，空心玻璃微珠一方面可以提高環(huán)氧樹脂的模量與硬度，另一方面其微孔結(jié)構(gòu)有利于吸收材料的沖擊能量，提高環(huán)氧樹脂的韌性。更重要的是，活性端基液態(tài)橡膠包覆在HGB表面，可降低HGB的表面能、提高其與環(huán)氧樹脂的相容性；同時(shí)在氧化樹脂與HGB之間引入的柔性界面層，有利于增加HGB運(yùn)動(dòng)時(shí)的界面滑移，吸收材料破壞時(shí)產(chǎn)生的能量。因此，活性端基液態(tài)橡膠與空心玻璃微珠混雜填充能達(dá)到協(xié)同增韌環(huán)氧樹脂的目的。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本專利技術(shù)，但并不構(gòu)成對本專利技術(shù)的限定。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實(shí)施例1:將1.5克密度為600kg/m3的空心玻璃微珠與35克端羧基液態(tài)丁腈橡膠在攪拌作用下充分混合，然后加入100克E-44型環(huán)氧樹脂，在70°C持續(xù)攪拌下，預(yù)酯化反應(yīng)3小時(shí)。向預(yù)酯化反應(yīng)后的體系中加入75克甲基六氫鄰苯二甲酸酐固化劑混合后，以500rpm的高速剪切攪拌，制得分散均勻的環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液。將環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液在70°C下抽真空脫除氣泡后，加入1.0克2-乙基-4-甲基咪唑固化促進(jìn)劑，并攪拌混合均勻后在60°C下澆鑄成型。然后，在60°C、100°C、15(rC下分別固化2小時(shí)、2小時(shí)、5小時(shí)，制得協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。將制得的協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料采用液氮脆斷，斷面噴金后用掃描電鏡(SEM)觀察。從SEM(圖1)可以看出空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂，端羧基液態(tài)丁腈橡膠與環(huán)氧樹脂間均有較好的界面黏結(jié)。實(shí)施例2:將10克密度為600kg/m3的空心玻璃微珠與35克端羧基液態(tài)丁腈橡膠在攪拌作用下充分混合，然后加入100克E-44型環(huán)氧樹脂，在60°C持續(xù)攪拌下，預(yù)酯化反應(yīng)6小時(shí)。向預(yù)酯化反應(yīng)后的體系中加入70克甲基六氫鄰苯二甲酸酐固化劑混合后，以500rpm的高速剪切攪拌，制得分散均勻的環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液。將環(huán)氧樹脂/空心玻璃微珠/液態(tài)橡膠復(fù)合分散液在70°C下抽真空脫除氣泡后，加入1.0克2-乙基-4-甲基咪唑固化促進(jìn)劑，并攪拌混合均勻后在70°C下澆鑄成型。然后，在70°C、120°C、150°C下分別固化2小時(shí)、I小時(shí)、5小時(shí)，制得協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。將制得的協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料采用液氮脆斷，斷面噴金后用掃描電鏡(SEM)觀察。從SEM(圖2)可以看出空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂，端羧基液態(tài)丁腈橡膠與環(huán)氧樹脂間均有較好的界面黏結(jié)。實(shí)施例3:將10克密度為150kg/m3的空心玻璃微珠本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其特征是，該復(fù)合材料為空心玻璃微珠和活性端基液態(tài)橡膠協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其中空心玻璃微珠的填充量為環(huán)氧樹脂的1～20wt％，活性端基液態(tài)橡膠的填充量為環(huán)氧樹脂的5～35wt％。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周興平，夏璐，解孝林，施雪軍，廖永貴，薛志剛，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42
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