本發(fā)明涉及一種環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)氧樹脂(epoxy resin)泛指含有兩個或兩個以上環(huán)氧基，以脂肪族、脂環(huán)族或芳香族等有機化合物為骨架并能通過環(huán)氧基團反應(yīng)形成熱固性產(chǎn)物的高分子低聚體，具有液態(tài)、粘稠態(tài)、固態(tài)等多種形態(tài)。由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的工藝性能、機械性能和物理性能，所制成的涂料、膠粘劑、復(fù)合材料樹脂基體、電子封裝材料等廣泛應(yīng)用于機械、電子、電器、航空、航天、化工、交通運輸、建筑等領(lǐng)域。盡管環(huán)氧樹脂優(yōu)點眾多，如優(yōu)異的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，但由于其固化體系交聯(lián)密度高，固化過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不易消除，導(dǎo)致固化體系脆性大，韌性不足，限制了環(huán)氧樹脂在眾多領(lǐng)域特別是先進材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高。將玻璃纖維用作環(huán)氧樹脂的改性材料，可大大提高環(huán)氧樹脂的抗拉強度、彈性模量，耐沖擊性、耐疲勞性以及斷裂韌性，具有極其重要的應(yīng)用價值。但是，目前還沒有關(guān)于玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的在于提供一種玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；本發(fā)明的第二目的在于提供該玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其以環(huán)氧樹脂為基體，以改性玻璃纖維籠為增強體，該改性玻璃纖維籠為表面接枝超支化聚合物的玻璃纖維籠；其中，該玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中，玻璃纖維籠與環(huán)氧樹脂的重量比為1:10～100。

上述玻璃纖維籠可為多種規(guī)則結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)選其截面為三角形、正方形或正六邊形，上述三種結(jié)構(gòu)成型加工便利、且在復(fù)合材料成型中易放置；其可由玻璃纖維沿縱橫向交錯編織而成，優(yōu)選縱向上等距間隔編織，間隔距離為玻璃纖維長度的1/20～1/10；較優(yōu)的，選用直徑為30μm，長度為100mm的玻璃纖維來編織；最好以E-玻璃纖維為編織原料。

接枝在玻璃纖維籠表面的超支化聚合物可為多種類型，優(yōu)選為端氨基超支化聚合物、端環(huán)氧基超支化聚合物、端酚基超支化聚合物或端羥基超支化聚合物。

本發(fā)明的玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：

(1)對1重量份的玻璃纖維籠進行硅烷化處理；

具體的，可將1重量份玻璃纖維籠浸入40重量份甲苯中，升溫至80℃，加入0.5重量份γ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h、洗滌，80℃真空干燥12h，得到硅烷化玻璃纖維籠。

(2)在硅烷化玻璃纖維籠表面浸漬包覆超支化聚合物，得到改性玻璃纖維籠；

優(yōu)選的，可將步驟(1)制得的硅烷化玻璃纖維籠加入20重量份超支化聚合物中，在60～110℃下浸漬3～10h，洗滌、干燥，得到改性玻璃纖維籠。

(3)將10～100重量份環(huán)氧樹脂基體澆注入改性玻璃纖維籠中，固化，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

較優(yōu)的，將環(huán)氧樹脂基體澆注入改性玻璃纖維籠中后，先于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時。固化過程中優(yōu)選胺類固化劑，胺類固化劑最好為4，4’-二氨基二苯砜。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點為：

(1)本發(fā)明的玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是一種新型的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，以改性玻璃纖維籠作為增強體，玻璃纖維籠結(jié)構(gòu)獨特，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，當(dāng)玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料受到外加載荷作用時，玻璃纖維籠承擔(dān)載荷作用，發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，能夠大幅提高環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的物理力學(xué)性能和韌性；

(2)本發(fā)明的制備方法中先對玻璃纖維籠進行硅烷化處理，改變其與聚合物之間的相容性；再使用超支化聚合物對其表面進行浸漬包覆，使玻璃纖維籠表面具有大量的活性基團，與樹脂基體中的活性基團反應(yīng)活性高、相容性好，能夠提高其與樹脂基體之間的界面粘結(jié)性，增強界面粘結(jié)強度；最后進行澆注成型、養(yǎng)護，所得玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能。

附圖說明

圖1為截面為正方形的玻璃纖維籠的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為截面為三角形的玻璃纖維籠的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為截面為正六邊形的玻璃纖維籠的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。

本發(fā)明的玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以環(huán)氧樹脂為基體，以改性玻璃纖維籠為增強體，該改性玻璃纖維籠為表面接枝超支化聚合物的玻璃纖維籠。

其中，玻璃纖維籠可為多種規(guī)則結(jié)構(gòu)形式，其截面形狀可為各種多邊形，如圖1～3，其截面優(yōu)選為三角形、正方形或正六邊形。

實施例1

首先，將1g截面為三角形的玻璃纖維籠(如圖1)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至60℃的端氨基超支化聚合物(20g)中，浸漬4h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為50.67MPa、2.34GPa、44.87KJ/m²、96.56MPa和2.56GPa。

實施例2

首先，將3g截面為三角形的玻璃纖維籠(如圖1)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端氨基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為61.54MPa、2.56GPa、48.43KJ/m²、98.78MPa和2.78GPa。

實施例3

首先，將5g截面為三角形的玻璃纖維籠(如圖1)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端氨基超支化聚合物(20g)中，浸漬8h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為60.76MPa、2.49GPa、46.12KJ/m²、90.23MPa和2.64GPa。

實施例4

首先，將2g截面為正方形的玻璃纖維籠(如圖2)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端環(huán)氧基超支化聚合物(20g)中，浸漬3h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為56.48MPa、2.28GPa、43.86KJ/m²、88.43MPa和2.47GPa。

實施例5

首先，將4g截面為正方形的玻璃纖維籠(如圖2)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至110℃的端環(huán)氧基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為32.54MPa、1.74GPa、30.25KJ/m²、78.67MPa和2.13GPa。

實施例6

首先，將6g截面為正方形的玻璃纖維籠(如圖2)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端環(huán)氧基超支化聚合物(20g)中，浸漬10h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為59.25MPa、2.29GPa、44.22KJ/m²、84.98MPa和2.51GPa。

實施例7

首先，將3g截面為正六方形的玻璃纖維籠(如圖3)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端酚基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為58.54MPa、2.37GPa、45.26KJ/m²、92.34MPa和2.56GPa。

實施例8

首先，將6g截面為正六方形的玻璃纖維籠(如圖3)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端羥基超支化聚合物(20g)中，浸漬6h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為56.14MPa、2.25GPa、42.74KJ/m²、87.43MPa和2.32GPa。

實施例9

首先，將10g截面為正六方形的玻璃纖維籠(如圖3)浸入40g甲苯中，升溫至80℃，逐滴加入0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷，回流4h，分別使用甲苯和去離子水洗滌三次，80℃真空干燥12h。其次，將硅烷化玻璃纖維籠加入已預(yù)先升溫至80℃的端羥基超支化聚合物(20g)中，浸漬10h，使用丙酮洗滌三次，80℃真空干燥12h。最后，將改性玻璃纖維籠置入模具中，注入預(yù)先混合均勻的100g雙酚A型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂與35g 4，4’-二氨基二苯砜混合物，并于110℃固化1小時，再于160℃固化2小時，得到玻璃纖維籠/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。測量其拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量分別為60.76MPa、2.54GPa、47.25KJ/m²、94.67MPa和2.57GPa。