專(zhuān)利名稱(chēng)：用hp-rtm工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，具體地說(shuō)是ー種用HP-RTMエ藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是目前最先進(jìn)的高性能復(fù)合材料之一，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn),廣泛用作結(jié)構(gòu)材料和耐高溫抗燒蝕材料。環(huán)氧樹(shù)脂(EP) /碳纖維(CF)復(fù)合材料是CF增強(qiáng)復(fù)合材料的ー個(gè)重要分支。近年來(lái)，隨著人們對(duì)EP/CF復(fù)合材料認(rèn)識(shí)的不斷深入，其優(yōu)異的性能不斷凸現(xiàn)，促使其用量不斷上升。20世紀(jì)70年代以前，EP/CF復(fù)合材料被視為昂貴的材料，價(jià)格約為玻璃纖維(GF)增 強(qiáng)復(fù)合材料的10倍，只用于軍エ、宇航等尖端技術(shù)行業(yè)。20世紀(jì)80年代以后，CFエ業(yè)和EPエ業(yè)迅速發(fā)展，EP/CF復(fù)合技術(shù)不斷進(jìn)步，加入到EP中的CF比例不斷上升，目前CF的體積分?jǐn)?shù)已可達(dá)60%以上，使EP/CF復(fù)合材料的質(zhì)量提高而價(jià)格下降，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)ー步促進(jìn)了 EP/CF復(fù)合材料的發(fā)展。EP/CF復(fù)合材料的特性主要取決于CF、EP及EP與CF之間的粘結(jié)特性。EP/CF復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能，與鋼相比，EP/CF復(fù)合材料的比強(qiáng)度為鋼的4. 8 7. 2倍，比模量為鋼的3. I 4. 2倍，疲勞強(qiáng)度約為鋼的2. 5倍、鋁的3. 3倍，而且高溫性能好，工作溫度達(dá)400°C時(shí)其強(qiáng)度與模量基本保持不變。此外還具有密度和線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、抗蠕變、整體性好、抗分層、抗沖擊等，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)最高。在加工成型過(guò)程中EP/CF復(fù)合材料具有易大面積整體成型、成型穩(wěn)定等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。環(huán)氧樹(shù)脂(EP)/碳纖維(CF)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高，密度小，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，耐熱、耐低溫及材料性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，其既可以作為結(jié)構(gòu)材料承載又可以作為功能材料發(fā)揮作用，已經(jīng)成為航空航天領(lǐng)域的首選材料。在航空領(lǐng)域，CF復(fù)合材料應(yīng)用于無(wú)人機(jī)、直升機(jī)主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)件和特殊部位的特種功能部件。國(guó)外將EP/CF復(fù)合材料應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)的機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能。在民用航空領(lǐng)域，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)中大量使用CF復(fù)合材料。這些部件包括減速板、垂直和水平穩(wěn)定器(用作油箱)、襟翼擾流板、起落架艙門(mén)、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上層客艙地板梁、后密封隔框、后壓カ艙、后機(jī)身、水平尾翼和副翼等。CF復(fù)合材料在航天領(lǐng)域也發(fā)揮著不可替代的作用。高模量CF質(zhì)輕，剛性、尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，因此很早就應(yīng)用于人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體及主體結(jié)構(gòu)承力件、太陽(yáng)能電池板、天線、導(dǎo)彈彈頭、彈體、箭體和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)部件上。CF復(fù)合材料也被用于航天飛機(jī)艙門(mén)、機(jī)械臂和壓カ容器等。此外，還主要用于飛行器的輕型化，輕型機(jī)槍槍架，新型連續(xù)抽油桿，高精度天線，接骨板，風(fēng)電葉片及導(dǎo)電復(fù)合材料等領(lǐng)域。EP / CF復(fù)合材料的復(fù)合成型エ藝有多種方式，其中RTMエ藝因閉模成型，成型周期較短，生產(chǎn)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)收到青睞。但RTM技術(shù)國(guó)內(nèi)外普遍存在的難點(diǎn)和問(wèn)題，通過(guò)RTM技術(shù)得到的復(fù)合材料存在以下三個(gè)方面缺點(diǎn)(I)樹(shù)脂對(duì)纖維的浸潰不夠理想，導(dǎo)致成型時(shí)間加長(zhǎng)，制品空隙率較高；(2)制品的纖維含量較低(一般約50%) ；(3)大面積、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具型腔內(nèi)，樹(shù)脂流動(dòng)不均衡，而這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程無(wú)法觀察，更不能進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，得到的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)RTMエ藝得到的碳纖維尺寸穩(wěn)定性差、制造成本高、結(jié)構(gòu)單ー的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供ー種用HP-RTMエ藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，該復(fù)合材料利用HP-RTMエ藝形式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)RTM和模壓エ藝的復(fù)合得到，大大拓展了碳纖維的應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍，生產(chǎn)效率高、尺寸穩(wěn)定性好，復(fù)合材料制造成本低，實(shí)現(xiàn)了多祥化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ー種用HP-RTMエ藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由環(huán)氧樹(shù)脂組合物和碳纖維增強(qiáng)織物通過(guò)高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型得到，樹(shù)脂注射壓カ為50-300 par ;所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物包含A組份和B組份，配方按如下重量份配置A組份環(huán)氧樹(shù)脂80-100、稀釋劑0-30、消泡劑0-5、偶聯(lián)劑0-3、抗氧化劑0_5 ；B組份固化劑30-90。所述環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂，雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，對(duì)氨基苯酚環(huán)氧樹(shù)脂，鄰甲酚型環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂，多官能度環(huán)氧樹(shù)脂的ー種或多種組合。所述稀釋劑為1，4 丁ニ醇ニ縮水甘油醚，I, 6こニ醇ニ縮水甘油醚，新戊ニ醇縮水甘油醚，こニ醇ニ縮水甘油醚，ニ羥甲基環(huán)己烷ニ縮水甘油醚，聚合ニ元醇所水甘油醚，ニ溴新戊ニ醇ニ縮水甘油醚，聚氧化丙烯ニ縮水甘油醚，間苯ニ酚ニ縮水甘油醚，環(huán)己ニ醇ニ縮水甘油醚，聚丙ニ醇ニ縮水甘油醚，多縮水甘油醚，ニ醇ー縮水甘油醚，正辛醇縮水甘油醚，2-こ基己基縮水甘油醚，C12-C14醇縮水甘油醚，C8-C10脂肪醇縮水甘油醚，丁基縮水甘油醚，叔丁基酚縮水甘油醚，環(huán)氧丙烷烯丙基醚，苯基縮水甘油醚，鄰環(huán)氧丙烷異辛基醚，甲酚縮水甘油醚，芐基縮水甘油醚，芳基縮水甘油醚，對(duì)叔丁基苯酚縮水甘油醚，對(duì)數(shù)碳酸縮水甘油醚和丁基縮水甘油醚中的ー種或幾種。所述消泡劑為聚醚類(lèi)消泡劑，醇類(lèi)消泡劑，有機(jī)硅類(lèi)消泡劑中的ー種或幾種。所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑，硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑，硼酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑和鋁酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑中的ー種或幾種。所述抗氧化劑為亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑。所述固化劑為直鏈脂肪族胺，環(huán)脂族胺，脂肪族芳香胺，內(nèi)酰胺中的ー種或幾種。所述碳纖維增強(qiáng)織物為短切氈、連續(xù)纖維氈、纖維布、無(wú)皺折織物、三維針織物或三維編織物。成型エ藝采用高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型，樹(shù)脂注射壓カ100-150 par。本發(fā)明利用HP-RTM這一新的エ藝形式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)RTM和模壓エ藝的復(fù)合，大大拓展了碳纖維的應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍，有效解決傳統(tǒng)RTM等エ藝生產(chǎn)效率低、尺寸穩(wěn)定性差的問(wèn)題，得到的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍廣，尺寸穩(wěn)定性好，復(fù)合材料制造成本低，實(shí)現(xiàn)了多祥化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I
ー種用HP-RTMエ藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，該復(fù)合材料由環(huán)氧樹(shù)脂組合物和碳纖維增強(qiáng)織物組成，所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物包含A組份和B組份，A組份由環(huán)氧樹(shù)月旨、稀釋劑、消泡劑、偶聯(lián)劑和抗氧化劑組成，B組份為固化劑。取按質(zhì)量份計(jì)的80份A850型環(huán)氧樹(shù)脂、15份丁基縮水甘油醚、I份3_縮水甘油醚丙氧基三こ氧基硅烷，I份雙(2，4- ニ叔丁基苯基)季戊四醇ニ亞磷酸酯在20°C -30°C條件下攪拌30min直至混合均勻，添加O. 6份BYK-A530消泡劑保持溫度不變，攪拌15min，最后靜置12小時(shí)制的A組份。取按重量份計(jì)，30份異佛爾酮ニ胺、25份聚醚胺混合均勻制的B組份。 將A組份與B組份混合，在靜態(tài)混合器攪拌均勻，室溫下抽真空脫氣泡IOmin制得環(huán)氧樹(shù)脂組合物。把碳纖維織物按照成型制品的規(guī)格鋪放到模具中，合模夾緊后，調(diào)節(jié)樹(shù)脂注膠系統(tǒng)中的計(jì)量設(shè)備，IOOpar壓カ下將經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻樹(shù)脂體系經(jīng)注膠系統(tǒng)的注膠ロ注入到模具行腔中，使樹(shù)脂體系浸潰增強(qiáng)材料與成型體，最后經(jīng)固化、脫模得到制品。本實(shí)施例制得的ー種用HP-RTMエ藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，彎曲強(qiáng)度1020Mpa、彎曲模量96GPa、抗拉強(qiáng)度960Mpa、抗拉模量90GPa。實(shí)施例2
又ー種用HP-RTMエ藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，該復(fù)合材料由環(huán)氧樹(shù)脂組合物和碳纖維增強(qiáng)織物組成，所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物包含A組份和B組份，A組份由環(huán)氧樹(shù)脂、稀釋劑、消泡劑、偶聯(lián)劑和抗氧化劑組成，B組份為固化劑。取按質(zhì)量份計(jì)的90份A850型環(huán)氧樹(shù)脂、15份丁基縮水甘油醚、I份3_縮水甘油醚丙氧基三こ氧基硅烷，I份雙(2，4- ニ叔丁基苯基)季戊四醇ニ亞磷酸酯在20°C -30°C條件下攪拌30min直至混合均勻，添加O. 6份BYK-A530消泡劑保持溫度不變，攪拌15min，最后靜置12小時(shí)制的A組份。取按重量份計(jì)的20份異佛爾酮ニ胺、25份聚醚胺混合均勻制的B組份。將A組份與B組份混合，在靜態(tài)混合器攪拌均勻，室溫下抽真空脫氣泡IOmin制得環(huán)氧樹(shù)脂組合物。把碳纖維織物按照成型制品的規(guī)格鋪放到模具中，合模夾緊后，調(diào)節(jié)樹(shù)脂注膠系統(tǒng)中的計(jì)量設(shè)備，150par壓カ下將經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻樹(shù)脂體系經(jīng)注膠系統(tǒng)的注膠ロ注入到模具行腔中，使樹(shù)脂體系浸潰增強(qiáng)材料與成型體，最后經(jīng)固化、脫模得到制品。本實(shí)施例制得的復(fù)合材料，彎曲強(qiáng)度llOOMpa、彎曲模量lOlGPa、抗拉強(qiáng)度1030Mpa、抗拉模量 94GPa。權(quán)利要求
1.一種用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由環(huán)氧樹(shù)脂組合物和碳纖維增強(qiáng)織物通過(guò)高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型得到，樹(shù)脂注射壓力為50-300 par ;所述環(huán)氧樹(shù)脂組合物包含A組份和B組份，配方按如下重量份配置A組份環(huán)氧樹(shù)脂80-100、稀釋劑0-30、消泡劑0-5、偶聯(lián)劑0-3、抗氧化劑0_5 ；B組份固化劑30-90。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、對(duì)氨基苯酚環(huán)氧樹(shù)脂、鄰甲酚型環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛型環(huán)氧樹(shù)脂、多官能度環(huán)氧樹(shù)脂的一種或幾種組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述稀釋劑為1，4 丁二醇二縮水甘油醚、1，6乙二醇二縮水甘油醚、新戊二醇縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、二羥甲基環(huán)己烷二縮水甘油醚、聚合二元醇所水甘油醚、二溴新戊二醇二縮水甘油醚、聚氧化丙烯二縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚、環(huán)己二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、多縮水甘油醚、二醇一縮水甘油醚、正辛醇縮水甘油醚、2-乙基己基縮水甘油醚、C12-C14醇縮水甘油醚、C8-C10脂肪醇縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、叔丁基酚縮水甘油醚、環(huán)氧丙烷烯丙基醚、苯基縮水甘油醚、鄰環(huán)氧丙烷異辛基醚、甲酚縮水甘油醚、芐基縮水甘油醚、芳基縮水甘油醚、對(duì)叔丁基苯酚縮水甘油醚、對(duì)數(shù)碳酸縮水甘油醚和丁基縮水甘油醚中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述消泡劑為聚醚類(lèi)消泡劑、醇類(lèi)消泡劑、有機(jī)硅類(lèi)消泡劑中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑、硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑、硼酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑和鋁酸酯類(lèi)偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述抗氧化劑為亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述固化劑為直鏈脂肪族胺、環(huán)脂族胺、脂肪族芳香胺、內(nèi)酰胺中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于所述碳纖維增強(qiáng)織物為短切氈、連續(xù)纖維氈、纖維布、無(wú)皺折織物、三維針織物或三維編織物。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于樹(shù)脂注射壓力為100-150par。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用HP-RTM工藝快速成型的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料，由環(huán)氧樹(shù)脂組合物和碳纖維增強(qiáng)織物通過(guò)高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型得到，樹(shù)脂注射壓力為50-300par；環(huán)氧樹(shù)脂組合物包含A組份和B組份，A組份由環(huán)氧樹(shù)脂、稀釋劑、消泡劑、偶聯(lián)劑和抗氧化劑組成，B組份為固化劑。本發(fā)明利用HP-RTM這一新的工藝形式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)RTM和模壓工藝的復(fù)合，大大拓展了碳纖維的應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍，有效解決傳統(tǒng)RTM等工藝生產(chǎn)效率低、尺寸穩(wěn)定性差的問(wèn)題，得到的環(huán)氧樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍廣，尺寸穩(wěn)定性好，復(fù)合材料制造成本低，實(shí)現(xiàn)了多樣化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C08K7/06GK102675827SQ20121015322
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者阮詩(shī)平, 魯平才 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江育達(dá)復(fù)合材料有限公司