由于具有制件公差極小、表面質(zhì)量優(yōu)、空隙率低、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)過程自動化適應(yīng)性強、投資少效率高,以及制件纖維體積含量高等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機械、電子及建筑等領(lǐng)域[2]。RTM技術(shù)的關(guān)鍵是開發(fā)理想的樹脂體系。RTM工藝對樹脂體系具有以下要求:室溫或工藝溫度下具有較低粘度(＜1000mPa·s);具有一定長的適用期；樹脂對增強材料具有良好的浸潤性、匹配性和粘附性；樹脂在固化溫度下具有良好的反應(yīng)性，且后處理溫度不應(yīng)過高（如T＜200℃）、固化周期短和反應(yīng)放熱小等[2~5]。由于環(huán)氧樹脂具有良好的工藝性，對成型溫度和成型壓力要求較低等特點[3,6]，因而是目前應(yīng)用最多的高性能復(fù)合材料基體樹脂，但由于目前使用的環(huán)氧樹脂粘度較高，因此限制了環(huán)氧樹脂在RTM成型中的應(yīng)用。本文針對RTM工藝對樹脂的要求，通過在普通雙酚A型環(huán)氧樹脂中加入自制高性能環(huán)氧樹脂的方法,研制了一種適用于RTM的中溫固化環(huán)氧樹脂體系,并對其粘度、固化、力學(xué)及動態(tài)機械性能進(jìn)行了研究。
1 實驗部分
1.1 原材料及儀器設(shè)備
實驗所用原材料為環(huán)氧樹脂CYD-128，環(huán)氧值為0.51~0.54，巴陵石油化工有限責(zé)任公司產(chǎn)；縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂A，自制；固化劑B，液體胺類，自制。
實驗所用儀器設(shè)備為美國Perkin-Elmer公司，DSC-7；美國Brookfield工程實驗室公司，DV-III＋可編程控制式流變儀；美國TA公司，DMA2900。
1.2 澆鑄體的制備和性能測試
將一定量的CYD128、環(huán)氧樹脂A加入到燒杯中,混勻,然后按相應(yīng)比例加入固化劑，充分?jǐn)嚢琛⒒旌蠘渲w系倒入到預(yù)先涂有脫模劑的模具中,真空脫泡30min,最后放入烘箱中按其固化工藝固化。樹脂澆鑄體的拉伸、彎曲性能測試分別參照GB/T 2568-1995、GB/T 2570-1995執(zhí)行。
2 結(jié)果與討論
2.1 樹脂基體相容性研究
將CYD128和環(huán)氧樹脂A按不同比例(1:9、1:1、9:1)混合，并攪拌均勻。在室溫下，靜置一周。觀察發(fā)現(xiàn)，混合樹脂仍保持澄清，未發(fā)現(xiàn)分層和結(jié)晶現(xiàn)象。說明該兩種樹脂具有較好的相容性。
2.2 樹脂體系粘度特性研究
樹脂體系的粘度特性是RTM工藝參數(shù)的重要指標(biāo)之一。圖1和圖2分別為共混樹脂體系的粘-溫及粘-時變化關(guān)系。
由圖1可以看到，樹脂體系在30℃時粘度僅為255cps。在30~89℃之間，樹脂體系粘度隨溫度增加先是呈遞減的趨勢，并在當(dāng)溫度為89℃時，粘度達(dá)到最小，約為90cps,而后隨溫度的增加，體系的粘度逐步上升。溫度的上升對樹脂的粘度有以下兩方面影響[7,8]：一方面溫度升高使分子的運動活性增大，從而樹脂體系的粘度降低；另一方面固化反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，限制分子的運動而使粘度增加。在開始階段，反應(yīng)程度較低，所以升溫導(dǎo)致粘度下降的影響是主要的；當(dāng)升溫和固化交聯(lián)對粘度影響相等時，粘度為最低；溫度再升高，反應(yīng)程度增加，固化交聯(lián)使粘度迅速上升。
圖2所示為室溫下樹脂體系的粘-時曲線。從圖2中可以看出，樹脂體系粘度在400cps下可保持約100min；然后，隨著時間的增加，粘度迅速上升，200min左右樹脂體系粘度達(dá)到1000cps。
2.3 樹脂體系固化工藝研究
將CYD128、環(huán)氧樹脂A和混合樹脂分別按比例加入固化劑B，混合后進(jìn)行DSC實驗(如圖3),得到如表1的反應(yīng)特征溫度分析結(jié)果。
由圖3可以看出，混合樹脂體系和環(huán)氧樹脂A、CYD128相似，都只有一個反應(yīng)峰，說明兩種樹脂在此比例混合下，具有很好的相容性，這一結(jié)論與前面相容性驗證結(jié)論一致。由于混合樹脂中CYD128含量較高，混合樹脂的反應(yīng)峰向CYD128體系的反應(yīng)峰靠攏。
由表1可以看到，無論是純樹脂還是混合樹脂,其反應(yīng)的起始溫度都在73℃左右，說明混合樹脂的兩個組分可以在相同溫度下發(fā)生共固化反應(yīng)。從DSC曲線可以看到，混合樹脂體系為中溫固化體系,體系放熱溫度區(qū)間為54℃，放熱緩和。采用T-β圖外推法,求出了混合樹脂體系發(fā)生凝膠的溫度Tgel為70℃,固化溫度Tcure為96℃，后處理溫度Ttreat為118℃。
2.4 樹脂體系的動態(tài)熱機械性能
DMA能反映出在強迫振動下測試材料的動態(tài)力學(xué)性能隨溫度的變化，可用于測試材料的Tg以及高溫力學(xué)性能等。圖4所示為混合樹脂體系在室溫固化24h下的DMA曲線。由圖4可以看到，室溫固化下，混合樹脂體系的損耗因子tanδ的峰值溫度即Tg約為72℃，體系損耗因子的最大值為1.142，說明該樹脂體系具有較好阻尼性。
2.5 樹脂體系的力學(xué)性能
混合樹脂體系澆鑄體試樣的力學(xué)性能結(jié)果見表2。
由表2可以看出，混合樹脂體系具有較高的強度、模量和韌性，基本能滿足RTM用樹脂體系對力學(xué)性能的要求。
3 結(jié)論
(1)將CYD128和自制高性能環(huán)氧樹脂A共混改性，通過加入液體胺類物質(zhì)作為固化劑，得到了一種適于RTM的樹脂體系；
(2)該樹脂體系30℃下的粘度僅為255cps，在室溫200min內(nèi)粘度保持在1000cps以下；
(3)CYD128、環(huán)氧樹脂A可以在相同溫度下發(fā)生共固化反應(yīng)。混合樹脂體系為中溫固化體系，體系放熱溫度區(qū)間為54℃，放熱緩和；
(4)該樹脂體系具有較好的阻尼性，其損耗因子最大值為1.142；
(5)該樹脂體系具有較高的強度、模量和韌性，基本能滿足RTM用樹脂體系對力學(xué)性能的要求。
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