光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料及其制備方法；制備時(shí)，以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為稀釋單體，制備環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液；所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液與光引發(fā)劑混合、加熱至形成液態(tài)膠狀，得液態(tài)光敏樹脂；在熱塑性纖維增強(qiáng)布上刷涂所述液態(tài)光敏樹脂，制成預(yù)浸布；將所述預(yù)浸布鋪層在成型模具，置于紫外光固化成型設(shè)備上進(jìn)行固化成型，即得所述熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料。本發(fā)明的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料可用作新型電動汽車車身支撐架。通過本發(fā)明方法制備的光固化新型電動汽車車身支撐架的性能優(yōu)良且環(huán)保，對人體及周邊環(huán)境無任何危害影響，同時(shí)，其固化效果符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說明】光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于具有感光性能的樹脂基復(fù)合材料用于新型智能電動汽車車身零件的紫外光固化快速成型方法的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]汽車工業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致了汽車保有量的的急劇增加，同時(shí)帶給社會三大問題:能源匱乏、環(huán)境污染、安全問題。減少燃料消耗和降低對環(huán)境造成的污染已成為汽車工業(yè)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展急需解決的關(guān)鍵問題。汽車實(shí)現(xiàn)輕量化，是節(jié)約能源和降低污染的最有效的途徑之一，而采用復(fù)合材料制造汽車結(jié)構(gòu)件又是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最有效的途徑之一。復(fù)合材料大幅減輕汽車質(zhì)量，這就意味著僅需較小功率的支持，從而為電動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和電動汽車的推廣使用提供平臺。但傳統(tǒng)復(fù)合材料工藝的效率低下，這就需要一種快速成型技術(shù)。
[0003]光固化技術(shù)的特點(diǎn)主要是節(jié)能環(huán)保和固化速度快。紫外光固化技術(shù)是一種在特殊配方的樹脂中加入光引發(fā)劑(或光敏劑)，經(jīng)過吸收紫外線(UV)光固化設(shè)備中的高強(qiáng)度紫外光后，產(chǎn)生活性自由基，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，使樹脂在數(shù)秒內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，達(dá)到固化的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料及其制備方法；制得的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料用于制備光固化的新型智能電動汽車車身支撐架。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]第一方面，本發(fā)明涉及一種光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，由包括如下步驟的方法制備而得:
[0007]A、以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為稀釋單體，制備環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液；
[0008]B、所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液與光引發(fā)劑混合、加熱至形成液態(tài)膠狀，得液態(tài)光敏樹脂；
[0009]C、在熱塑性纖維增強(qiáng)布上刷涂所述液態(tài)光敏樹脂，制成預(yù)浸布；
[0010]D、將所述預(yù)浸布鋪層在成型模具，置于紫外光固化成型設(shè)備上進(jìn)行固化成型，即得所述光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選地，所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液中環(huán)氧丙烯酸酯與稀釋單體的重量比為2: 1。
[0012]優(yōu)選地，所述環(huán)氧丙烯酸酯是在阻聚劑對羥基苯甲醚、催化劑N，N- 二甲基苯胺存在的條件下，由丙烯酸與環(huán)氧樹脂反應(yīng)制得的。
[0013]優(yōu)選地，所述對羥基苯甲醚、N, N-二甲基苯胺、丙烯酸與環(huán)氧樹脂的重量比為50: 50: 50: 100。[0014]優(yōu)選地，所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液與光引發(fā)劑的重量比為100: 3。
[0015]優(yōu)選地，所述熱塑性纖維增強(qiáng)布為改性處理后的增強(qiáng)纖維熱塑性纖維芳綸編織布。
[0016]優(yōu)選地，所述改性處理具體為:將改性偶聯(lián)劑與甲醇、去離子水混合，形成混合溶液；將熱塑性纖維芳綸編織布去離子水清洗、烘干后，置于所述混合溶液中，攪拌后靜置20 ?40min，取出，在 120°C ±3°C烘干 60min±5min，即可。
[0017]優(yōu)選地，所述紫外光固化具體為:紫外光源制備傳輸、轉(zhuǎn)換折射、聚焦透鏡聚焦是連續(xù)進(jìn)行的，聚焦距離為400mm。
[0018]第二方面，本發(fā)明還涉及一種前述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料在用作輕量化汽車車身部件中的用途。
[0019]優(yōu)選地，所述輕量化汽車車身部件為新型電動汽車車身支撐架；所述成形模具為新型電動汽車車身支撐架成形模具。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為:
[0021](1)提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的加工制造速度，可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
[0022](2)達(dá)到汽車輕量化的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動汽車的應(yīng)用和推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)原料為環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸、催化劑N，N-二甲基苯胺、阻聚劑對羥基苯甲醚、光引發(fā)劑異丙基硫雜蒽酮(ITX)、稀釋單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、清洗劑去離子水、擦拭劑無水乙醇、改性偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)、溶劑甲醇，增強(qiáng)纖維為熱塑性纖維芳綸編織布。其組合配比是:以500mmX 300mmX 300mm矩形零件為例，以克、毫升為計(jì)量單位。當(dāng)采用的成形模具為電動汽車車身支撐架成型模具時(shí)，對應(yīng)的各組分的用量按照上述組合配比進(jìn)行換算。
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例涉及一種光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其制備成型方法如下:
[0027](1)精選化學(xué)物質(zhì)原料
[0028]對使用的化學(xué)物質(zhì)原料進(jìn)行競選，并進(jìn)行純度、細(xì)度控制:
[0029]環(huán)氧樹脂(E-51):99.8%
[0030]丙烯酸:99.99%
[0031]N，N-二甲基苯胺:99.9%
[0032]對羥基苯甲醚:99.9%
[0033]異丙基硫雜蒽酮(ITX):99.1%
[0034]三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):98%
[0035]去離子水:99.999%[0036]無水乙醇:99.99%
[0037]硅烷偶聯(lián)劑(KH-560):99.9%
[0038]甲醇:99.99%
[0039](2)合成環(huán)氧丙烯酸
[0040]①在四口燒瓶中，加入環(huán)氧樹脂(E_51)100g±lg ;
[0041]②在四口燒瓶中，加入阻聚劑對羥基苯甲醚50g±lg，并用攪拌器攪拌均勻；
[0042]③在等壓滴液漏斗中加入丙烯酸:50g±lg、催化劑N，N-二甲基苯胺:50g±lg并攪拌，使混合均勻，成混合液；
[0043]④將四口燒瓶置于加熱套上，使四口燒瓶升溫至60°C時(shí)，開始均勻滴加丙烯酸與N，N-二甲基苯胺混合液，在反應(yīng)溫度75°C ±1°C內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)升溫至110°C ±1°C，保溫維持反應(yīng)240min±5min，并間隔30min測定反應(yīng)物酸度值P，當(dāng)酸度值P≤5mg / gKOH時(shí)，反應(yīng)結(jié)束；關(guān)閉電加熱套，使其自然冷卻至20±3°C，冷卻后即為環(huán)氧丙烯酸酯；
[0044](3)稀釋環(huán)氧丙烯酸酯
[0045]①稱取環(huán)氧丙 烯酸酯100g±lg、稀釋單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)50g±lg，其比值為 2: 1;
[0046]②將環(huán)氧丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯置于容器中，攪拌均勻，及環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液；
[0047](4)合成光敏樹脂
[0048]稱取環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液100g土 lg，量取光引發(fā)劑異丙基硫雜蒽酮(ITX) 3g土 lg，置于燒杯中，將燒杯置于電加熱套上并加熱，加熱溫度40°C ± 1°C，邊加熱、邊攪拌，使其成液態(tài)膠狀，時(shí)間為30min±0.5min，然后將溶液倒入容器中，容器中的膠狀液態(tài)即為液態(tài)光敏樹脂；
[0049](5)增強(qiáng)纖維熱塑性纖維芳綸編織布改性處理
[0050]①稱取熱塑性纖維芳綸編織布100g±lg、硅烷偶聯(lián)劑(KH_560)lg±g、液態(tài)光敏樹脂50g土 lg、去離子水50g土 lg、甲醇50g土 lg ；
[0051]②將改性偶聯(lián)劑(KH-560)與甲醇、去離子水混合成混合溶液；
[0052]③將熱塑性纖維芳綸編織布，置于盛有去離子水的容器中，然后將容器置于超聲波清洗器中震蕩清洗，時(shí)間為10min± lmin,去除表面雜志，然后取出，置于真空干燥箱內(nèi)，加溫烘干，溫度為120。。±3°C，時(shí)間為1440min±5min ；
[0053]④將熱塑性纖維芳綸編織布放入已備的偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)混合溶液中，輕微攪拌，靜置30min，然后取出，置于真空干燥箱內(nèi)，加溫烘干，溫度為120°C ±3°C，時(shí)間為60min±5min，既得改性塑性纖維芳綸編織布；
[0054](6)清洗電極槽
[0055]將清洗劑去離子水，置于靜電槽內(nèi)，然后將電極槽置于超聲波清洗器中，進(jìn)行清洗，時(shí)間為5min±0.5min,晾干；
[0056](7)擦洗透鏡、反射鏡、光柵
[0057]用無水乙醇、白色軟質(zhì)材料對透鏡、反射鏡、光柵分別逐一進(jìn)行清洗、擦拭，使之潔凈；
[0058](8)排布刷膠[0059]將熱塑性纖維芳綸編織布刷膠制成預(yù)浸布；
[0060](9)鋪層
[0061]將浸過膠的熱塑性纖維芳綸編織布鋪層在成型模具里；
[0062](10)制備
[0063]將鋪層好的成型模具放在紫外光固化成型設(shè)備上進(jìn)行固化成型；
[0064](11)冷卻
[0065]取下，置于陰涼、潔凈的環(huán)境中自然冷卻，至常溫20°C ±3°C，冷卻時(shí)間為120min ；
[0066](12)脫模
[0067](13)修正外形輪廓、清除外形毛刺、污物，使其光潔；
[0068](14)檢驗(yàn)、化驗(yàn)分析、表征
[0069](15)包裝儲存
[0070]對光固化快速成型制備的產(chǎn)品儲存于陰涼、干燥、潔凈的環(huán)境中，儲存溫度為20°C ±3°C，相對濕度≤40%，要放火、防潮、防曬、防酸堿腐蝕。
[0071]上述所制產(chǎn)品經(jīng)力學(xué)及地面存儲試驗(yàn)驗(yàn)證后，符合要求。
[0072]對比例1
[0073]本對比例的目的在于研究比較未改性處理熱塑性纖維芳綸編織布，對最終制得的復(fù)合材料性能的影響。本對比例同實(shí)施例1，所不同之處在于:將熱塑性纖維芳綸編織布，置于盛有去離子水的容器中，然后將容器置于超聲波清洗器中震蕩清洗，時(shí)間為10min±lmin，去除表面雜質(zhì)，然后取出，置于真空干燥箱內(nèi)，加溫烘干，溫度為120°C ±3°C，時(shí)間為1440min±5min;烘干后的熱塑性纖維芳綸編織布即用于后續(xù)的浸膠等操作。經(jīng)比較，對比例1所制產(chǎn)品經(jīng)力學(xué)及地面存儲試驗(yàn)驗(yàn)證，芳綸編織布與光敏樹脂結(jié)合力(5% )有一定的提高，但仍遠(yuǎn)低于實(shí)施例1改性處理后的熱塑性纖維芳綸編織布與光敏樹脂的結(jié)合力。
[0074]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，由包括如下步驟的方法制備而得:A、以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為稀釋單體，制備環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液；B、所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液與光引發(fā)劑混合、加熱至形成液態(tài)膠狀，得液態(tài)光敏樹月旨;C、在熱塑性纖維增強(qiáng)布上刷涂所述液態(tài)光敏樹脂，制成預(yù)浸布；D、將所述預(yù)浸布鋪層在成型模具，置于紫外光固化成型設(shè)備上進(jìn)行固化成型，即得所述光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液中環(huán)氧丙烯酸酯與稀釋單體的重量比為2: 1。
3.如權(quán)利要求2所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述環(huán)氧丙烯酸酯是在阻聚劑對羥基苯甲醚、催化劑N，N- 二甲基苯胺存在的條件下，由丙烯酸與環(huán)氧樹脂反應(yīng)制得的。
4.如權(quán)利要求3所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述對羥基苯甲醚、N，N-二甲基苯胺、丙烯酸與環(huán)氧樹脂的重量比為50: 50: 50: 100。
5.如權(quán)利要求1所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液與光引發(fā)劑的重量比為100: 3。
6.如權(quán)利要求1所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述熱塑性纖維增強(qiáng)布為改性處理后的熱塑性纖維芳綸編織布。
7.如權(quán)利要求6所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述改性處理具體為:將改性偶聯(lián)劑與甲醇、去離子水混合，形成混合溶液；將熱塑性纖維芳綸編織布去離子水清洗、烘干后，置于所述混合溶液中，攪拌后靜置20?40min，取出，在120。?！?°C烘干 60min±5min，即可。
8.如權(quán)利要求1所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，其特征在于，所述紫外光固化具體為:紫外光源制備傳輸、轉(zhuǎn)換折射、聚焦透鏡聚焦是連續(xù)進(jìn)行的，聚焦距離為 400mm。
9.一種如權(quán)利要求1所述的光固化的熱塑性纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料在用作輕量化汽車車身部件中的用途。
10.如權(quán)利要求9所述的用途，其特征在于，所述輕量化汽車車身部件為新型電動汽車車身支撐架；所述成形模具為新型電動汽車車身支撐架模具。
【文檔編號】C08J5/04GK103660310SQ201310612656
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】郝旭峰, 王竹, 諸靜 申請人:上海復(fù)合材料科技有限公司