一种树脂料液、聚双环戊二烯/碳纤维复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种树脂料液、聚双环戊二烯/碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚双环戊二烯(polydicyclopentadiene，pdcpd)是一种新型的工程塑料，可由石油裂解c5馏分和煤炭焦化副产轻苯馏分中的双环戊二烯(dcpd)通过开环易位聚合制得。聚双环戊二烯是一种具有高强度、高模量、高抗冲击强度的热固性工程材料,但同时也存在一些不足，譬如制品的强度仅能达到一般性能的要求，对用于大型汽车壳体、风电叶片材料、高铁、航空领域这些高性能的需求则显得不足，通过将增强纤维与其复合是较为可行的方案，而碳纤维既具有质量轻、强度高且综合性能好的优势，是作为复合材料中纤维增强的首选材料。

2、如果要体现出碳纤维增强聚双环戊二烯复合材料优异的物理机械性能，碳纤维与聚双环戊二烯具有良好的亲和性是关键，而碳纤维表面的上浆剂一般为环氧类上浆剂，与聚双环戊二烯亲和性较差，载荷无法在树脂与纤维之间良好传递，所制备的复合材料机械性能偏低。

3、现如今，关于聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的研究大多集中在改善界面结合质量，但是相当多的表面处理方式效率偏低，成本偏高，无法满足工业界的生产需求。

技术实现思路

1、本发明在于提出一种聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的制备方法和应用，属于高分子材料技术领域，主要解决现有技术中传统的环氧上浆剂上浆的碳纤维与聚双环戊二烯树脂基体匹配性较差的问题。具体包括树脂料液的配置和复合材料的制备。不仅可以有效解决聚双环戊二烯与碳纤维界面性能差的问题。而且固化温度低，固化时间短，适合于工业化生产，有利于聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的推广使用。

2、铺设层数

3、本发明所述铺设层数与产品的应用领域有关，根据产品性能要求设计计算碳纤维需要的铺层数。本发明实施例中的铺设成数为12层或16层或其他按产品性能需求的层数。

4、碳纤维布或碳纤维织物

5、本发明所述碳纤维布或碳纤维织物为50cm宽的碳纤维布，表面为环氧类上浆剂，碳纤维布结构为平纹、斜纹和缎纹中的一种，克重为200～400gsm。

6、真空灌注

7、本发明实施例和对比例中将聚双环戊二烯树脂料液真空灌注入碳纤维的过程，有树脂收集器，多余的树脂会进入收集器，一般真空灌注先计算树脂用量，灌注过程中，当树脂抵达树脂收集器时，关闭进料口，完成灌注。

8、阶段性升温固化

9、本发明实施例和对比例中的阶段性升温固化的含义为，先升温保持一定时间后再继续升温保持一定的时间，如此至本发明所述的固化步骤完成。具体可以理解为，先升温至70℃,保持1小时，再次升温至100℃，保持1小时至固化完成。

10、本发明的技术方案是这样实现的：

11、本发明提供一种用于制备聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的树脂料液，所述树脂料液的接触角为20-26°。

12、本发明根所述的树脂料液，通过如下步骤制备获得：

13、1)称量质量比为100:3-10:5-20:1-10:3-9:0.5-1的双环戊二烯:乙叉降冰片烯:双酚a型环氧树脂:固化剂:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯:添加剂混合配制成均匀溶液；

14、2)称量相较于步骤1)中所述双环戊二烯质量的10-4-10-3的含有卡宾结构的钌化合物的催化剂溶解在有机溶剂中，待其完全溶解后，加入步骤1)配制的均匀溶液中，混合，减压抽真空，待溶液表面不再有气泡后，得到树脂料液。

15、作为本发明的进一步改进，所述的树脂料液制备步骤01)中所述固化剂选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类、聚酰胺类、酸酐类、咪唑类、叔胺类固化剂中的一种或者几种的组合，优选地，为咪唑类固化剂，具体为2-乙基-4-甲基咪唑；所述双酚a型环氧树脂的平均环氧值为0.50-0.52,环氧当量为210-230；所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物分子结构式为,s与b的比值为30/70-40/60,分子量为10万-30万,所述添加剂选自阻聚剂、抗氧剂、阻燃剂的一种或几种组合。

16、作为本发明的进一步改进，所述的树脂料液制备步骤02)中的有机溶剂选自二氯甲烷、甲苯、乙醚、四氢呋喃、甲基叔丁基醚等其中任何一种或者几种的组合。

17、作为本发明的进一步改进，所述的树脂料液制备步骤02)中的所述含有卡宾结构的钌化合物的具体结构式为

18、作为本发明的进一步改进，所述的树脂料液制备步骤02)中，所述混合的温度为10℃-35℃，混合时间为5-20秒，所述减压抽真空树脂料液温度为20-35℃，所述抽真空度为-0.09mpa至-0.07mpa。

19、本发明还提供了一种使用了权利要求上述树脂料液制备聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的方法，包括如下步骤：

20、在置于密封袋中的平板玻璃上铺贴数层碳纤维织物，在碳纤维织物上部铺贴脱模布和导流网,其中脱模布完全覆盖碳纤维织物,导流网覆盖一半碳纤维织物，在导流网上部分段放置缠绕管用于注胶，在碳纤维两侧放置抽气管后封袋，抽真空至-0.09mpa至-0.07mpa后，将权利要求1-6任一项所述的树脂料液灌注入密封袋中，阶段性升温固化，待固化完全后，脱模，得到聚双环戊二烯树脂料液/碳纤维复合材料。

21、作为本发明的进一步改进，上述树脂料液制备聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的方法中所述铺贴数层为至少12层，所述碳纤维织物为40-60cm宽的碳纤维布，碳纤维布结构为平纹、斜纹和缎纹中的一种，克重为200-400gsm。

22、作为本发明的进一步改进，上述树脂料液制备聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的方法中所述阶段性升温固化为，60-80℃,0.5-1.5h，90-110℃，0.5-1.5h。

23、本发明另外还提供了利用上述树脂料液制备聚双环戊二烯/碳纤维复合材料的方法获得的聚双环戊二烯/碳纤维复合材料，所述复合材料的层间剪切强度为42-49mpa，冲击后压缩强度为185-207mpa。

24、本发明进一步保护了聚双环戊二烯/碳纤维复合材料在汽车、建筑工业、医学领域中的应用。

25、本发明制备的聚双环戊二烯/碳纤维复合材料：表面无缺陷，在层间剪切以及冲击后抗压缩性能等方面均有优异表现，而且成型时间短，成型温度低。复合材料可以被广泛地应用于汽车行业、建筑工业、医学等领域。

26、本发明具有如下有益效果：所述树脂料液的接触角为20-26°，树脂料液与碳纤维具有一定亲和性。本发明还涉及一种聚双环戊二烯/碳纤维复合材料制备方法，树脂料液为：质量比100:3-10:5-20:1-10:3-9:0.5-1的双环戊二烯:乙叉降冰片烯:双酚a型环氧树脂:固化剂:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯:添加剂混合配制成均匀溶液；相较于所述双环戊二烯质量的10-4-10-3的含有卡宾结构的钌化合物的催化剂溶解在有机溶剂中，待其完全溶解后，加入步骤均匀溶液中，混合，减压抽真空，待溶液表面不再有气泡后，得到树脂料液，将树脂料液通过负压注入碳纤维层中浸润，阶段性升温固化，制备复合材料。本发明有益之处是：无需对环氧类上浆剂碳纤维进行表面处理，能直接使用。所制备的pdcpd/碳纤维复合材料表面无缺陷，在层间剪切以及冲击后抗压缩性能等方面均有优异表现。复合材料的成型时间短，不超过2小时，成型温度低，不超过100℃。复合材料可以被广泛地应用于汽车行业、建筑工业、医学、航空航天中等领域。