1、。目前使用 進(jìn)行。 2. 1交聯(lián)劑對樹脂固化特性的影響 。目前使用 進(jìn)行。 2. 1交聯(lián)劑對樹脂固化特性的影響 低粘度環(huán)氧樹脂固化體系研究 2003年 1月 32 低粘度環(huán)氧樹脂固化體系研究 段華軍王鈞楊小利 (武漢理工大學(xué) 430070 摘要 :將低粘度交聯(lián)劑加入到酸酐固化的環(huán)氧樹脂體系中 ,能有效降低樹脂體系的粘度 ,得到室溫下僅為 0. 08Pa·s的 酸酐 -環(huán)氧樹脂體系。利用正交實驗優(yōu)選了樹脂配方 ,獲得了優(yōu)異的力學(xué)及物理性能 ;通過 DSC確定了樹脂的固化工藝制 度 ,并利用 TG對該樹脂的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了評價。該樹脂體系適合于 RTM工藝及濕法制造高性能復(fù)合材料。 關(guān)鍵詞

2、 :環(huán)氧樹脂酸酐低粘度 RTM 環(huán)氧樹脂是制備高性能復(fù)合材料重要的基體材 料之一 ,能夠賦予復(fù)合材料良好的力學(xué)性能和物理 性能。隨著復(fù)合材料行業(yè)的飛速發(fā)展 ,新的成型加 工方法不斷涌現(xiàn) ,對所使用的樹脂基體提出了較高 的要求。如 RTM (Resin Transfer Molding工藝 ,由 于 R TM工藝是低壓成型工藝 ,不僅要求樹脂具有 較高的力學(xué)性能和物理性能 ,而且樹脂對纖維只有 一步浸潤過程 ,還要求樹脂具有很低的粘度 ,以滿足 樹脂對纖維的充分浸潤及流動充模 的環(huán)氧樹脂由于粘度較高,限制了其在R TM成型 工藝中的應(yīng)用。針對這一問題,研究滿足RTM工 藝要求的低粘度、高性能環(huán)氧

3、樹脂體系不僅能拓寬 13 RTM工藝的應(yīng)用領(lǐng)域 ,同時能極大的提高復(fù)合材料 的性能。本文通過自制的一類交聯(lián)劑、改性酸酐與 E244環(huán)氧樹脂組成一個共混樹脂體系 ,該樹脂體系 在保持環(huán)氧樹脂優(yōu)異性能的前提下 ,同時具有很低 的粘度。利用差示掃描量熱法 (DSC對該共混體系 的固化特性進(jìn)行了研究 ,利用正交實驗確定了較為 合理的固化制度 ;同時測試了該共混樹脂體系的粘 度、溫度對粘度的影響以及澆鑄體的力學(xué)性能和物 理性能 ;并利用 TG對該樹脂的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了評 價。 1實驗部分 1. 1原材料及儀器設(shè)備 E244環(huán)氧樹脂 :岳陽石化環(huán)氧樹脂廠生產(chǎn) ;改 性酸酐 :白色固體粉末 ,酸酐當(dāng)量 168

4、 ,熔點(diǎn) 86 ,自 制 ;交聯(lián)劑 :無色低粘度液體 ,自制。 P YRS1型 DSC測試儀 :美國 Perkin2Elmer公 司 ;NDJ28型數(shù)顯式粘度計 :上海精密科學(xué)儀器有限 公司 ;R GT230型微機(jī)控制電子萬能材料試驗機(jī) :深 圳瑞格爾有限公司 ;CS10123EBN型烘箱 :重慶永恒 實驗儀器廠。 1. 2試樣制備及測試 按正交實驗確定的配方將稱量好的環(huán)氧樹脂、 FRP/ CM20031No. 1 改性酸酐加入到燒杯中 ,在攪拌下加熱到 90 ,直 至酸酐完全熔解 ,樹脂呈透明液體狀態(tài) ;冷卻至 60以下加入交聯(lián)劑并攪拌均勻。將配制好的樹脂 倒入模具中并按確定的固化制度進(jìn)行固

5、化。樹脂澆 鑄體的力學(xué)性能與物理性能測試均按相應(yīng) GB標(biāo)準(zhǔn) 2結(jié)果與討論 用 DSC測定了樹脂的固化放熱曲線 4 ,見圖 12。各圖對應(yīng)樹脂配方分別為 ,圖 1:環(huán)氧樹脂 100 份加固化劑 75份 ;圖 2:環(huán)氧樹脂 100份加固化劑 75份及交聯(lián)劑 25份。 圖 1未加交聯(lián)劑的酸酐 -環(huán)氧體系 DSC曲線 圖 2加入交聯(lián)劑的酸酐 -環(huán)氧體系 DSC曲線 . 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 度也有較大影響。 由正交實驗結(jié)果及分析可得出樹脂的最優(yōu)配方 及固化工藝

6、參數(shù)為:環(huán)氧樹脂100份、酸酐固化劑 度也有較大影響。 由正交實驗結(jié)果及分析可得出樹脂的最優(yōu)配方 及固化工藝參數(shù)為:環(huán)氧樹脂100份、酸酐固化劑 2003年第 1期玻璃鋼 /復(fù)合材料 由圖 1可以看出沒加交聯(lián)劑的樹脂體系放熱峰 拐點(diǎn)位置對應(yīng)的溫度為 94 ,最高放熱峰在 114 出現(xiàn) ;由圖 2可以看出加入交聯(lián)劑后 ,在 60就會 出現(xiàn)放熱 ,最高放熱峰在 145出現(xiàn)。這說明加入 交聯(lián)劑能降低起始反應(yīng)溫度 ,最高放熱峰向高溫方 向移動表明加入交聯(lián)劑能加劇固化反應(yīng)的進(jìn)行。 2. 2交聯(lián)劑用量、溫度和時間對樹脂體系粘度的 影響 利用旋轉(zhuǎn)粘度計測試了環(huán)氧樹脂中加入交聯(lián)劑 前后的粘度變化值 ,見圖 3

7、。由圖 3可以看出交聯(lián) 劑的加入能有效的降低樹脂體系的粘度。同時測試 了樹脂在室溫及 50恒溫下的粘度變化 ,見圖 4。 由圖 4可以看出該改性樹脂體系在室溫下具有較長 的適用期 ,當(dāng)加熱到 50時樹脂粘度逐漸增大 ,在 6h后發(fā)生急劇增大 ;從 DSC圖可以看出該改性樹 脂體系在60條件下即開始反應(yīng),放出的熱量加速 了該反應(yīng)的進(jìn)行,從而使得樹脂粘度急劇增大。 固化工藝制度5 。在100份環(huán)氧樹脂中,固化劑選 用3個水平:67份、75份、80份;交聯(lián)劑選用3個水 平:0份、30份、35份;固化溫度為60 / 2 h ,后固化 溫度選用3個水平: 140、150、160 ;固化時間 選用3個水平

8、: 2h、3h、5h ;以樹脂澆鑄體的彎曲強(qiáng) 度為試驗指標(biāo)。由正交實驗結(jié)果可知,固化劑用量 為75份時性能最好;同樣可知交聯(lián)劑量為30份,后 固化溫度及時間為150和3h性能最好。 由各因素極差可以看出,極差最大的是固化劑 用量,其次為固化溫度,最小為固化時間。由正交原 理可知,固化劑用量對樹脂性能影響最大,這是由于 環(huán)氧樹脂與酸酐的固化反應(yīng)為逐步加成反 應(yīng),固化 劑用量直接影響固化體系中三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成, 所以對固化物的力學(xué)性能影響最大。由于化學(xué)反應(yīng) 只有在越過活化能以后才能進(jìn)行,所以固化溫度對 該反應(yīng)的影響較大。交聯(lián)劑的用量對樹脂的彎曲強(qiáng) 圖 3交聯(lián)劑用量對樹脂粘度的影響 圖 4溫度和時

9、間對樹脂粘度的影響 2. 3樹脂配方的優(yōu)化 按正交表 L9 (34通過試驗來優(yōu)選樹脂配方及 75份、交聯(lián)劑 30份 ,后固化溫度為 150 ,固化時間 為 3h。 2. 4優(yōu)選配方熱穩(wěn)定性評價 對優(yōu)選配方進(jìn)行熱失重試驗 ,熱重曲線見圖 5。 從熱失重曲線可以看出起始失重溫度為 158. 9 , 失重達(dá) 50 %時的溫度為 466. 1。根據(jù)經(jīng)驗公式 T1+0.5 (T2-T1/2.17可以計算出該樹脂的長 期使用溫度可達(dá) 144。 圖 5優(yōu)選配方的 TG曲線 2. 5改性環(huán)氧樹脂的力學(xué)與物理性能 改性環(huán)氧樹脂優(yōu)選配方的力學(xué)及物理性能見 表 1。 FRP/ CM20031No. 1 . 1994

10、-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 低粘度環(huán)氧樹脂固化體系研究 2003年 1月 表 1改性環(huán)氧樹脂澆鑄體的力學(xué)及物理性能上能快速發(fā)生反應(yīng) ,使樹脂粘度激增。 測試項目結(jié)果(2由 DSC可以確定加入交聯(lián)劑后 ,樹脂固化 拉伸強(qiáng)度 / MPa 87溫度為 60 ,后固化溫度為 150。 拉伸模量 / GPa 4. 5(3通過正交實驗得到該樹脂優(yōu)選配方為 E彎 曲強(qiáng)度 / MPa 13144環(huán)氧樹脂 100份、酸酐固化劑 75份、交聯(lián)劑 30 彎曲模量 / GPa 2. 8份時

11、性能最佳。 沖擊韌性 / KJ·m-2 16.2 體積電阻率 (v /·cm 4.2 ×1015(4該改性環(huán)氧樹脂體系粘度低、反應(yīng)活性高、 表面電阻率 (s /·cm 6 ×1013力學(xué)及物理性能優(yōu)異 ,長期使用溫度可達(dá)到 140。 介電常數(shù) ( 4. 2(5該改性環(huán)氧樹脂體系適合 RTM成型工藝。 介質(zhì)損耗角正切 (tg3 ×10 -3參考文獻(xiàn) 馬丁耐熱 / 2051張錟 ,段躍新 .樹脂傳遞模塑工藝專用低粘度環(huán)氧樹脂體系研究 J .高分子材料科學(xué)與工程 ,2000 ,16 (1 :8688 2焦劍 ,藍(lán)立文 .一種中溫固化環(huán)氧樹脂

12、的研究 J .復(fù)合材料學(xué) 由表 1可以看出該改性環(huán)氧樹脂體系具有較優(yōu) 報 ,2000 ,17 (2 :811 異的力學(xué)性能及物理性能。 4王德中.2001 :159173 5歐陽國恩,歐國榮. 出版社,1993 :710 3梁志勇 J .復(fù)合材料學(xué)報,2001 ,18 (1 :1619 ,段躍新 . EPON862環(huán)氧樹脂體系化學(xué)流變特性研究 3結(jié)論 (1在酸酐固化的環(huán)氧樹脂中 ,通過加入低粘度環(huán)氧樹脂生產(chǎn)與應(yīng)用 M.北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 , 非環(huán)氧交聯(lián)劑能有效地降低樹脂體系的粘度 。該樹 復(fù)合材料試驗技術(shù) M.武漢 :武漢工業(yè)大學(xué) 脂體系在室溫下具有較長的適用期 ,加熱到 50以 STUD

13、Y ON LOW VISCOSITY EPOXY RESIN CURING SYSTEM Duan HuajunWang J unYang Xiaoli (Wuhan University of Technology Abstract : In this paper self2made cross2linking agent was added to epoxy resin system ,which was used to modify anhydride as curing agent to decrease the viscosity of the resin to 0. 08 Pa&#

14、183;S at room temperature , while the excellent mechanic and physic properties of epoxy resin kept unchanged. The curing method of the resin was also determined by DSC. The formulation of the resin was optimized by the regress analysis. It proves that the resin system is suitable for RTM and wet lay

15、2up process and making high performance composites. Keywords : epoxy resinanhydridelow viscosityRTM (上接第 31頁 CAD FOR FILAMENT WINDING PATTERN AND TRANSMISSION SYSTEM Hu JunLi PengWu Yaochu (Wuhan University of Technology Abstract : By using VC + + 6. 0 as programming language ,the paper has designed

16、 CAD software for winding pattern and transmission system of mechanical controlled filament winding machines , which provides the basic data of winding production to obtain the filament winding pattern law ,reality rate ,fixation rate ,alteration wheel rate ,main axle rotation speed ,chain length ,chain node numbers ,chain wheel diameter and chain wheel layout , etc. It supplies simple and accurate ways for technical personnel to de