CN113999635A - 国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高tg高弹性模量纳米改性环氧树脂ab胶 - Google Patents

国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高tg高弹性模量纳米改性环氧树脂ab胶 Download PDF

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CN113999635A CN202011599014.1A CN202011599014A CN113999635A CN 113999635 A CN113999635 A CN 113999635A CN 202011599014 A CN202011599014 A CN 202011599014A CN 113999635 A CN113999635 A CN 113999635A
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Abstract

本申请涉及复合材料技术领域，具体公开了一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶。该产品由A组分和B组分组成，A组分包括以下重量份的原料：双酚A型环氧树脂100份，纳米增韧剂0.2‑0.5份，润湿剂1‑5份，偶联剂0.5‑2.5份；B组分包括以下重量份的原料：脂环族胺固化剂20‑40份，脂肪族胺固化剂60‑80份，偶联剂1‑3份。本申请的环氧树脂AB胶的韧性与强度协调性好，综合力学性能优异，尤其在冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性上尤为突显，既满足了国际竞技比赛需求，也满足了人们体育休闲和时尚审美，而且又顺应绿色环保、轻量化时代方向发展需求。

Description

国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模 量纳米改性环氧树脂AB胶
技术领域
本申请涉及复合材料技术领域，更具体地说，它涉及一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶。
背景技术
在大部分国际竞技比赛中都会用到很多的体育器材，为了推动竞技体育的进步，体育器材在制造时也在朝着高强度和轻量化的方向发展。目前大部分体育器材如高尔夫球杆、冰球杆、棒球棒、羽毛球拍、网球拍、游艇、赛艇、皮艇、划艇、桨等，通常都是采用强度高且质量很轻的碳纤维材质，碳纤维的体育器材配件在组装时通常是采用环氧树脂AB胶进行粘接固定。
大部分体育器材在使用过程中是主要的承力工具，因此要求体育器材不仅要具有较好的韧性，也需要有较好的强度。目前生产的环氧树脂AB胶在保证韧性较好时，其邵氏硬度会受到影响而偏低，强度不够，且胶层自身不耐磨，易刮痕，会导致体育器材配件的连接出现松动。在保证邵氏硬度时，强度虽然较好，但是其韧性又会受到影响，并且体育器材往往有很多弧面或者曲面，环氧树脂AB胶韧性较差的话容易导致胶层开裂，进而导致体育器材断裂损坏。
针对上述中的相关技术，发明人认为相关技术中环氧树脂AB胶存在韧性与强度难以协调、综合力学性能不平衡的缺陷。
发明内容
为了改善相关技术中环氧树脂AB胶存在韧性与强度难以协调、综合力学性能不平衡的缺陷，本申请提供一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶。
第一方面，本申请提供一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，采用如下的技术方案：
一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB 胶，由A组分和B组分组成；
所述A组分包括以下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂100份
纳米增韧剂0.2-0.5份
润湿剂1-5份
偶联剂0.5-2.5份；
所述B组分包括以下重量份的原料：
脂环族胺固化剂20-40份
脂肪族胺固化剂60-80份
偶联剂1-3份。
采用本申请制备的环氧树脂AB胶具有高透明、高硬度、高TG、高弹性模量的特点，与各类碳纤维相容性好易加工成型，并且能够耐多数化学介质的腐蚀，防水性能和耐盐雾性能优异，具有优异的耐磨性，在平衡了环氧树脂AB胶的韧性与强度以及综合力学性能的基础上，还提升了环氧树脂AB胶的邵氏硬度、玻璃化转变温度、层间强度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性等性能，特别在冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性这些性能指标上尤为突显，其冲击强度能够达到70KJ/m2，断裂伸长率能够达到8.8％，断裂韧性KIC能够达到2.462MPa/m2，采用本申请中环氧树脂AB胶的碳纤维体育器材既满足了国际竞技比赛需求，也满足了人们体育休闲和时尚审美，而且又顺应绿色环保、轻量化时代方向发展需求。
优选的，所述纳米增韧剂的粒径小于50nm。
通过采用上述技术方案，将纳米增韧剂的粒径控制在小于50nm的范围内有利于纳米增韧剂均匀地分散在A组分体系内，提高了A组分体系的均匀性。
优选的，所述纳米增韧剂中钛系化合物所占的质量百分比不大于10％。
通过采用上述技术方案，将纳米增韧剂中钛系化合物所占的质量百分比控制在10％以下既能够保证A组分的韧性，又有利于提高A组分的强度，同时也有利于使制得的环氧树脂AB胶保持良好的透明度。
优选的，所述A组分还包括1-3重量份的抗UV阻隔剂。
通过在A组分中加入抗UV阻隔剂，能够有效地提高环氧树脂AB胶的耐候性能、耐老化性能和耐黄变性能，加入了抗UV阻隔剂的环氧树脂AB胶在室内环境下耐黄变时间长达5年，在户外环境下耐黄变时间长达3年，能够很好地满足碳纤维体育器材的使用场景，对较恶劣的室外环境也有很好的抗性，使用寿命长。
优选的，所述抗UV阻隔剂的粘度为200-300CPS。
通过将抗UV阻隔剂的粘度控制在200-300CPS，使抗UV阻隔剂能够均匀地分散在 A组分体系内，方便A组分的制备。
优选的，所述A组分和所述B组分的重量比为100：(29-33)。
通过采用上述技术方案，将A组分和B组分的重量比控制在100：(29-33)制得的环氧树脂AB胶的各性能更好且更平衡，当A组分占比过多时，固化后的环氧树脂AB胶硬度过高、钢性太大，受力时容易开裂，当B组分占比过多时，固化后的环氧树脂AB胶太软，硬度达不到要求，影响体育器材的使用性能，并且B组分占比过多也会导致环氧树脂AB胶的表面现象不美观，透明度降低。
优选的，所述润湿剂为有机硅双生结构表面活性剂，粘度为1000-1200CPS。
优选的，所述偶联剂的粘度为30-50CPS。
通过采用上述技术方案，将润湿剂的粘度控制在1000-1200CPS，偶联剂的粘度控制在30-50CPS，有利于润湿剂和偶联剂均匀地分散在A组分体系内，方便A组分的制备。
第二方面，本申请提供一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶的制备方法，采用如下的技术方案：
一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB 胶的制备方法，所述A组分的制备包括以下步骤：
步骤A：将双酚A型环氧树脂加入反应容器中并搅拌升温至30-50℃，然后加入纳米增韧剂，搅拌分散10-15分钟，接着加入润湿剂、抗UV阻隔剂和偶联剂，搅拌升温至60-80℃后继续搅拌分散15-30分钟，然后自然降温至常温得到A组分；
所述B组分的制备包括以下步骤：
步骤B：将脂环族胺固化剂、脂肪族胺固化剂和偶联剂加入反应容器中并搅拌升温至50- 60℃，在50-60℃下搅拌10-15分钟，然后自然降温至常温得到B组分。
通过采用上述制备方法，工艺简单、操作方便，对设备及工艺参数的条件要求低，生产效率高，并且产品的良品率也高，制得的环氧树脂AB胶具备很好的综合力学性能，韧性与强度协调性好且优异。
优选的，所述步骤A中搅拌转速为1450-1500rpm，所述步骤B中搅拌转速为100-200rpm。
通过控制步骤A中搅拌转速为1450-1500rpm，控制步骤B中搅拌转速为100-200rpm，既能够保证各组分混合均匀，又能够保证各组分之间的粘结性，避免体系过于分散而影响A 组分与B组分的混合。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.采用本申请制备的环氧树脂AB胶具有高透明、高硬度、高TG、高弹性模量的特点，与各类碳纤维相容性好易加工成型，并且能够耐多数化学介质的腐蚀，防水性能和耐盐雾性能优异，具有优异的耐磨性，不仅很好地平衡了环氧树脂AB胶的韧性与强度，综合力学性能优异，而且提升了环氧树脂AB胶的各种性能，特别是在冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性这些性能指标上尤为突显，其冲击强度能够达到70KJ/m2，断裂伸长率能够达到8.8％，断裂韧性KIC能够达到2.462MPa/m2，采用本申请中环氧树脂AB胶的碳纤维体育器材既满足国际竞技比赛需求，也满足人们体育休闲和时尚审美，而且又顺应绿色环保、轻量化时代方向发展需求。
2.本申请中抗UV阻隔剂的添加能够有效地提高环氧树脂AB胶的耐候性能、耐老化性能和耐黄变性能，加入了抗UV阻隔剂的环氧树脂AB胶在室内环境下耐黄变时间长达5年，在户外环境下耐黄变时间长达3年，能够很好地满足碳纤维体育器材的使用场景，对较恶劣的室外环境也有很好的抗性，使用寿命长。
3.本申请的制备方法工艺简单，操作方便，对设备及工艺参数的条件要求低，生产效率高，并且产品的良品率也高，制得的环氧树脂AB胶具备很好的综合力学性能，韧性与强度协调性好且优异。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面将结合本申请实施例的表格及数据，对本申请实施例 中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在理解本申请的发明构 思前提下所获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围内。
目前竞技比赛中常用的体育器材多采用强度高且质量很轻的碳纤维材质，碳纤维的体育器材配件在组装时通常是采用环氧树脂AB胶进行粘接固定。由于大部分体育器材在使用过程中是主要的承力工具，因此要求体育器材不仅要具有较好的韧性，也需要有较好的强度。目前生产的环氧树脂AB胶在保证韧性较好时，其强度不够，在保证强度时，其韧性又会受到影响，并且体育器材往往有很多弧面或者曲面，环氧树脂AB胶韧性较差的话容易导致胶层开裂，进而导致体育器材断裂损坏。
本申请人通过大量的研究发现，在双酚A型环氧树脂中加入纳米增韧剂能够有效地平衡环氧树脂AB胶的韧性与强度，提高其综合力学性能，特别在冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性这些性能指标上尤为突显，成功解决了环氧树脂AB胶韧性与强度难以协调的问题。
为了更方便理解本申请的技术方案，以下结合表格和实施例对本申请作进一步详细说明，但不作为本申请限定的保护范围。
实施例
本实施例公开了一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，由A组分和B组分组成：
A组分包括以下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂100份
纳米增韧剂0.2-0.5份
润湿剂1-5份
偶联剂0.5-2.5份；
B组分包括以下重量份的原料：
脂环族胺固化剂20-40份
脂肪族胺固化剂60-80份
偶联剂1-3份；
A组分和B组分的重量比为100：(29-33)。
A组分的制备包括如下步骤：将双酚A型环氧树脂加入高速分散机中并搅拌升温至40℃，然后加入纳米增韧剂，搅拌分散15分钟，接着加入润湿剂、抗UV阻隔剂和偶联剂，搅拌升温至70℃后继续搅拌分散30分钟，然后自然降温至常温得到A组分，A组分的制备过程中控制搅拌转速为1475±25rpm。
B组分的制备包括如下步骤：将脂环族胺固化剂、脂肪族胺固化剂和偶联剂加入带搅拌机中并搅拌升温至55℃，在55℃下搅拌15分钟，然后自然降温至常温得到B组分，B组分的制备过程中控制搅拌转速为150±50rpm。
实施例中的原料均由市场购买获得，其中：
双酚A型环氧树脂选自上海凯茵化工，型号为NPEL-128，25℃时粘度为12000-15000CPS；纳米增韧剂为深材科技(深圳)有限公司生产的超强纳米增韧剂，型号为SC-818，该增韧剂为浅黄色透明液体且含有纳米级钛系化合物，纳米级钛系化合物的粒径小于50nm，纳米级钛系化合物所占的质量百分比不大于10％；
润湿剂为有机硅双生结构表面活性剂，透明液体，25℃时粘度为1000-1200CPS；
抗UV阻隔剂为纳米抗UV阻隔剂，透明液体，25℃时粘度为200-300CPS；
偶联剂选自道康宁6040，透明液体，25℃时粘度为30-50CPS；
脂环族胺固化剂为MXDA-1.3-BAC，MXDA-1.3-BAC的平均胺活泼氢当量AHEW为35-36g/eq；
脂肪族胺固化剂选自美国亨斯迈，型号为JEFFAMINE RFD-270，其平均胺活泼氢当量 AHEW为66-68g/eq。
设置实施例1-5，实施例1-5的A组分和B组分的重量比不相同，具体配比如表1。
表1：实施例1-5的配比数据
Figure BDA0002868534410000061
对比例
对比例1：与实施例1的区别在于，不添加纳米增韧剂。
对比例2：与实施例1的区别在于，纳米增韧剂替换为SBM/MAM(聚苯乙烯-聚丁二烯橡胶聚合物)共聚物，SBM/MAM共聚物为透明液体，SBM/MAM共聚物的添加量为双酚A型环氧树脂重量的5％。
对比例3：一种日本某品牌市售环氧树脂AB胶，该环氧树脂为半透明液体，25℃时粘度为16000-26000CPS。
对比例4：一种美国某品牌市售环氧树脂AB胶，该环氧树脂为浅黄色液体，25℃时粘度为15000-25000CPS。
对比例5：一种美国某品牌市售环氧树脂AB胶，该环氧树脂为浅黄色液体，25℃时粘度为13000-25000CPS。
性能检测试验
分别将实施例1-5以及对比例1-2中的A组分和B组分进行混合，制得环氧树脂AB胶，根据检测性能的不同按照性能检测标准将实施例1-5以及对比例1-5中的环氧树脂AB胶分别浇铸为不同的标准浇铸体，并于140℃下固化10小时，然后进行下列性能检测。
邵氏硬度D检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，采用邵氏D 硬度计进行测试，测试结果取平均值。
拉伸强度检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
拉伸模量检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
弯曲强度检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
弯曲模量检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
冲击强度检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照标准 TP/1449进行测试，测试结果取平均值。
断裂伸长率检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准 GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
断裂韧性KIC检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国际标准GB/T 2567进行测试，测试结果取平均值。
户外老化耐黄变保持时间检测：从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，将浇铸体放置于户外暴露环境下进行老化黄变测试，黄变时间取平均值。
玻璃化转变温度TG检测：分别将实施例1-5以及对比例1-2中的A组分和B组分进行混合，制得环氧树脂AB胶，并将实施例1-5以及对比例1-5中的环氧树脂AB胶浇铸为规格一致的浇铸体，并分别于80℃、100℃、120℃、150℃下固化10小时，从实施例1-5和对比例1-5中的浇铸体中各取五个，按照国家标准GB/T 19466.2进行检测，检测结果取平均值。
实施例1-5的性能检测数据参见表2，对比例1-5的性能检测数据参见表3。
表2：实施例1-5的性能检测数据
Figure BDA0002868534410000071
Figure BDA0002868534410000081
表3：对比例1-5的性能检测数据
Figure BDA0002868534410000082
对比实施例1-5和对比例1并结合表2和表3的数据可以看出，添加了纳米增韧剂的环氧树脂AB胶的大部分性能均优于不添加增韧剂的环氧树脂AB胶，当实施例中A组分与 B组分的配比达到100:31时，添加了纳米增韧剂的环氧树脂AB胶的各项性能均优于不添加增韧剂的环氧树脂AB胶，并且各项性能均比较优异，可得知纳米增韧剂对于环氧树脂AB 胶性能的提升有很大的帮助。另外还可以看出，随着纳米增韧剂用量的增加，环氧树脂AB 胶的性能逐渐变优，其中以实施例5中A组分与B组分配比的环氧树脂AB胶的性能更优，其邵氏硬度能够达到90D，拉伸强度能够达到84MPa，拉伸模量能够达到3100MPa，弯曲强度能够达到128MPa，弯曲模量能够达到3300MPa，冲击强度能够达到70KJ/m2，断裂伸长率能够达到8.8％，断裂韧性KIC能够达到2.462MPa/m2，很好地平衡了环氧树脂AB胶的韧性和强度，综合力学性能优异。并且其抗紫外线能力强，户外老化耐黄变时间长达60 个月，玻璃化转变温度也较高，能够很好地适应碳纤维体育器材的使用环境，使用寿命长。
对比实施例1-5和对比例2并结合表2和表3的数据可以看出，使用SBM/MAM共聚物作为增韧剂的环氧树脂AB胶的各项性能相比于对比例1-5中的环氧树脂AB胶均有下降，并且实施例5中纳米增韧剂的用量远小于对比例1中SBM/MAM共聚物的用量，可得知纳米增韧剂对于环氧树脂AB胶性能的提升效果更好。
对比实施例1-5和对比例3-5并结合表2和表3的数据可以看出，实施例1-5中环氧树脂AB胶的邵氏硬度、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、断裂伸长率、断裂韧性、玻璃化转变温度以及耐黄变性能均优于对比例3-5中市面出售的国际品牌的环氧树脂AB胶，说明本申请中的环氧树脂AB胶性能非常优异，各项性能的提升很大，提升幅度达到了9％-359％。
另外，实施例1-5中的环氧树脂AB胶的透明度相比于对比例1-5中的环氧树脂AB胶的透明度有很大的提升，说明纳米增韧剂对于环氧树脂AB胶的透明度也有很大的帮助，满足了人们对于体育器材审美观的要求。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于，由A组分和B组分组成；
所述A组分包括以下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂100份
纳米增韧剂0.2-0.5份
润湿剂1-5份
偶联剂0.5-2.5份；
所述B组分包括以下重量份的原料：
脂环族胺固化剂20-40份
脂肪族胺固化剂60-80份
偶联剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述纳米增韧剂的粒径小于50nm。
3.根据权利要求1所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述纳米增韧剂中钛系化合物所占的质量百分比不大于10％。
4.根据权利要求1所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述A组分还包括1-3重量份的抗UV阻隔剂。
5.根据权利要求4所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述抗UV阻隔剂的粘度为200-300CPS。
6.根据权利要求4所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述A组分和所述B组分的重量比为100：(29-33)。
7.根据权利要求1所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述润湿剂为有机硅双生结构表面活性剂，粘度为1000-1200CPS。
8.根据权利要求1所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述偶联剂的粘度为30-50CPS。
9.权利要求4所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶的制备方法，其特征在于，所述A组分的制备包括以下步骤：
步骤A：将双酚A型环氧树脂加入反应容器中并搅拌升温至30-50℃，然后加入纳米增韧剂，搅拌分散10-15分钟，接着加入润湿剂、抗UV阻隔剂和偶联剂，搅拌升温至60-80℃后继续搅拌分散15-30分钟，然后自然降温至常温得到A组分；
所述B组分的制备包括以下步骤：
步骤B：将脂环族胺固化剂、脂肪族胺固化剂和偶联剂加入反应容器中并搅拌升温至50-60℃，在50-60℃下搅拌10-15分钟，然后自然降温至常温得到B组分。
10.根据权利要求9所述的国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高TG高弹性模量纳米改性环氧树脂AB胶，其特征在于：所述步骤A中搅拌转速为1450-1500rpm，所述步骤B中搅拌转速为100-200rpm。
CN202011599014.1A 2020-12-29 2020-12-29 国际竞技比赛碳纤维体育器材用高透明高硬度高tg高弹性模量纳米改性环氧树脂ab胶 Pending CN113999635A (zh)

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