基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法及其应用，所述方法包括如下步骤：步骤一、配置树脂体系；步骤二、将步骤一配好的树脂体系涂覆在碳纤维上，使其完全浸润，使用PET膜覆盖，转入避光处在室温下进行第一阶段固化；步骤三、将第一阶段的室温热固化中间产物放在室温下，进行光热协同固化，得到可柔性展开深色纤维复合材料。该方法利用第一阶段室温热固化和第二阶段光热协同固化制备深色纤维复合材料，可以实现柔刚转变的深色纤维复合材料快速固化问题，其中第一阶段室温热固化产物可柔性折叠展开，第二阶段光热协同固化用于拓宽光固化在深色纤维复合材料领域的应用前景。化在深色纤维复合材料领域的应用前景。化在深色纤维复合材料领域的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种深色纤维复合材料的制备方法，具体涉及一种基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法及其应用。

技术介绍

[0002]柔性展开结构由于其轻质高强的特性在汽车、航空航天等领域有着巨大的应用前景，为解决柔性复合材料折叠过程中树脂流动问题，引入二阶段固化技术；热固化往往时间比较长，在应用上受到限制，为达到快速固化目的，第二阶段往往采用自由基光固化。UV光源一般只存在一侧，由于树脂层或深色纤维层对UV的阻挡，所以光固化往往只能固化薄层浅色树脂体系和透光纤维复合材料，可柔性折叠展开的深色纤维复合材料制作还存在一定困难。

技术实现思路

[0003]为了解决复合材料折叠展开过程中树脂流动和深色纤维复合材料固化问题，本专利技术提供了一种基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法及其应用。该方法利用第一阶段室温热固化和第二阶段光热协同固化制备深色纤维复合材料，可以实现柔刚转变的深色纤维复合材料快速固化问题，其中第一阶段室温热固化产物可柔性折叠展开，第二阶段光热协同固化用于拓宽光固化在深色纤维复合材料领域的应用前景。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法，包括如下步骤：步骤一、配置树脂体系：（1）将稀释剂、第二阶段热引发剂混合后超声10~40 min；（2）完全溶解后加入丙烯酸酯和第二阶段光引发剂，手动搅拌至混合均匀，放入真空干燥箱中除气泡；（3）加入硫醇，混合均匀后再次除气泡；（4）滴入第一阶段催化剂激活点击反应，至此树脂体系配制完成；所述树脂配方按质量份计，由以下组分组成：丙烯酸酯30~70份，稀释剂30~70份，第二阶段光引发剂1~5份，第二阶段热引发剂1~5份，硫醇5~20份，第一阶段催化剂0.01~1份；所述丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯丙烯酸酯和其他类丙烯酸酯中的一种或者多种，例如：CN9010NS、CN966NS和CN996NS中的一种或者多种；所述稀释剂为丙烯酸酯类稀释剂，例如：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或多种；
所述第二阶段光引发剂为自由基类或阳离子光引发剂，例如：苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮2
‑
苯基苄
‑2‑
二甲基胺
‑1‑
（4
‑
吗啉苄苯基）丁酮、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦中的一种或者多种；所述第二阶段热引发剂为过氧化物类或偶氮类自由基引发剂；所述硫醇为四(3
‑
巯基丙酸)季戊四醇酯、三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸酯)中的一种或者两种；所述第一阶段催化剂为碱性催化剂；步骤二、第一阶段室温热固化将步骤一配好的树脂体系涂覆在碳纤维上，使其完全浸润，使用PET膜覆盖，转入避光处在室温下进行第一阶段固化，固化时间为2~24h；步骤三、第二阶段光热协同固化将第一阶段的室温热固化中间产物放在室温下，使用365nm光照强度为10~300 mW/cm
2 UV光源照射10~600s，进行光热协同固化，得到可柔性展开深色纤维复合材料，复合材料中树脂体系的重量为40~80%。
[0005]上述方法中，第一阶段进行室温热固化，产物可柔性折叠展开，将其折叠，占用非常小体积；第二阶段光热协同固化深色纤维复合材料，产物实现柔刚转变，可以固形承载，此方法制备的复合材料拥有轻质高强和快速成型的特点，在单兵作战天线的快速制作中应用前景非常的广阔。
[0006]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术本着节省能源消耗的目的，首先采用二阶段固化技术将树脂固化一部分，保持复合材料在折叠展开过程中树脂层稳定，此时产物可以存放较长时间。第二阶段仅需要特定波长的UV照射较短时间深色纤维复合材料单面，就能实现深色纤维复合材料两面树脂层的固化，且固化后复合材料具有良好的力学性能。
[0007]2、丙烯酸酯是最常用的树脂基体之一，可快速进行自由基固化，在极短时间内就能释放大量的热，在实验过程中往往对此部分热能利用不足，本专利技术利用光固化过程中产生的热能来引发树脂配方中的热引发剂分解，引发树脂体系进行热固化，从而产生更多的热量，产生循环，实现光热协同固化，在较短时间内就能实现深色纤维复合材料两面树脂层固化，并且随着树脂层厚度的增加，在固化过程中产生的热量越大，光热协同效果越明显。
[0008]3、由于自由基聚合反应程度不可控，本专利技术为实现部分固化，在树脂体系中引入硫醇，利用硫醇和C=C的点击反应来控制树脂体系的反应程度，通过控制硫醇用量可以控制第一阶段产物存在状态，达到柔性折叠展开状态。
附图说明
[0009]图1为树脂体系DSC曲线；图2为树脂体系反应过程温度变化；图3为柔性折叠展开性能；图4为复合材料结构示意图；图5为可柔性展开深色纤维复合材料在单兵作战天线中的应用实例。
具体实施方式
[0010]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0011]实施例1：本实施例提供了一种基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法及其应用，所述方法的实验过程如下：1、使用剪刀将碳纤维剪成长宽为15*18 cm的形状，称取碳纤维重量后备用。
[0012]2、先将稀释剂、第二阶段热引发剂混合后超声30 min，完全溶解后加入丙烯酸酯和第二阶段光引发剂，手动搅拌至混合均匀，放入真空干燥箱中除气泡，之后加入硫醇，混合均匀后再次除气泡，最后滴入第一阶段催化剂激活点击反应，至此树脂体系配制完成，所述树脂配方按质量份计，由以下组分组成：丙烯酸酯60份，稀释剂40份，第二阶段光引发剂2 份，第二阶段热引发剂3份，硫醇20份，第一阶段催化剂0.05份。其中，丙烯酸酯为CN9010NS和CN996NS混合树脂，二者质量比为1:1；稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；第二阶段光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮；第二阶段热引发剂为过氧化苯甲酰；硫醇为四(3
‑
巯基丙酸)季戊四醇酯；第一阶段催化剂为1
‑
甲基咪唑。
[0013]3、将配好的树脂体系涂覆在碳纤维上，使其完全浸润，使用外力压复合材料，控制使用的树脂体系的重量，保持复合材料中胶含量为70%，使用PET膜覆盖，转入避光处在室温下进行第一阶段固化，控制固化时间为12h以上。
[0014本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一、配置树脂体系：（1）将稀释剂、第二阶段热引发剂混合后超声10~40 min；（2）完全溶解后加入丙烯酸酯和第二阶段光引发剂，手动搅拌至混合均匀，放入真空干燥箱中除气泡；（3）加入硫醇，混合均匀后再次除气泡；（4）滴入第一阶段催化剂激活点击反应，至此树脂体系配制完成，所述树脂配方按质量份计，由以下组分组成：丙烯酸酯30~70份，稀释剂30~70份，第二阶段光引发剂1~5份，第二阶段热引发剂1~5份，硫醇5~20份，第一阶段催化剂0.01~1份；步骤二、第一阶段室温热固化将步骤一配好的树脂体系涂覆在碳纤维上，使其完全浸润，使用PET膜覆盖，转入避光处在室温下进行第一阶段固化；步骤三、第二阶段光热协同固化将第一阶段的室温热固化中间产物放在室温下，进行光热协同固化，得到可柔性展开深色纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法，其特征在于所述丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯丙烯酸酯和其它类丙烯酸酯中的一种或者多种。3.根据权利要求1所述的基于二阶段和光热协同技术快速制备可柔性展开深色纤维复合材料的方法，其特征在于所述稀释剂为丙烯酸酯类稀释剂。4.根据权利要求1所述的基于二阶段和光热协同技术快速制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇艳，孙新超，贾磊，张东杰，成中军，谢志民，樊志敏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：