1、低粘度環氧樹脂固化體系研究段華軍 王鈞 楊小利武漢理工大學摘要：將低粘度交聯劑參加到酸酐固化的氧化的環氧樹脂體系中，能有效降低樹脂體系的粘度，得到室溫 下僅為0.08pas的酸酐-環氧樹脂體系。利用正交實驗優選了樹脂配方，獲得了優異的力學及物理性能；通 過 DSC 確定了樹脂的固化工藝制度， 并利用 TG 對該樹脂的熱穩定性進行了評價。 該樹脂體系適合于 RTM 工藝及濕法制造高性能復合材料。關鍵詞：環氧樹脂 酸酐 低粘度 RTM環氧樹脂是制備高性能復合材料重要的基體材料之一，能夠賦予復合材料良好的力學性能和物理性能。隨 著復合材料行業的飛速開展， 新的成型加工方法不斷涌現， 對所使用的樹脂基

2、體提出了較高的要求。 如 RTM Resin Transfer Molding 工藝，由于 RTM 工藝是低壓成型工藝，不僅要求樹脂具有較高的力學性能和 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 1-3 。目前使用的環氧樹脂由于粘度較高， 限制了其在 RTM 成型工藝中的應用。 針對這一問 題，研究滿足 RTM 工藝要求的低粘度、高性能環氧樹脂體系不僅能拓寬 RTM 工藝的應用領域，同時能極 大的提高復合材料的性能。 本文通過自制的一類交聯劑、 改性酸酐與 E 一 44環氧樹脂組成一個共混樹脂體 系，該樹脂體系在保持環氧樹脂優異

3、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性能和物理性能；并利用TG 對該樹脂的熱穩定性進行了評價。1 實驗局部11 原材料及儀器設備E 一 44環氧樹脂：岳陽石化環氧樹脂廠生產； 改性酸酐：白色固體粉末，酸酐當量 168，熔點86C,自制； 交聯劑：無色低粘度液體，自制。PYRSI 型 DSC 測試儀：美國 Perhin EImer 公司； NDJ8 型數顯式粘度計：上海精密科學儀器； RGT-30 型微機控制電子萬能材料試驗機：深圳瑞格爾

4、；CS1013EBN 型烘箱：重慶永恒實驗儀器廠。12 試樣制備及測試按正交實驗確定的配方將稱量好的環氧樹脂、改性酸酐參加到燒杯中，在攪拌下加熱到90C，直至酸酐完全熔解，樹脂呈透明液體狀態；冷卻至 60 C以下參加交聯劑并攪拌均勻。將配制好的樹脂倒入模具中并按 確定的固化制度進行固化。樹脂澆鑄體的力學性能與物理性能測試均按相應GB 標準進行。2 結果與討論2l 交聯劑對樹脂固化特性的影響用 DSC 測定了樹脂的固化放熱曲線 4，見圖 12。各圖對應樹脂配方分別為，圖 1：環氧樹脂 100份加固化劑75份；圖2:環氧樹脂100份加固化劑75份及交聯劑25份B 1來加變聯鋼的if -環仇擁亀DS

5、C AftS S希盎:品田2 處人文從耐的章瞬-環歎體系D5C壽倉由圖1可以看出沒加交聯劑的樹脂體系放熱峰拐點位置對應的溫度為94C，最高放熱峰在114C出現；由圖2可以看出參加交聯劑后，在 60C就會出現放熱，最高放熱峰在145C出現。這說明參加交聯劑能降低起始反響溫度，最高放熱峰向高溫方向移動說明參加交聯劑能加劇固化反響的進行。2. 2交聯劑用合、溫度和時間對樹脂體系粘度的影響利用旋轉粘度計測試了環氧樹脂中參加交聯劑前后的粘度變化值，見圖3。由圖3可以看出交聯劑的參加能有效的降低樹脂體系的粘度。同時測試了樹脂在室溫及50C恒溫下的粘度變化，見圖4。由圖4可以看岀該改性樹脂體系在室溫下具有較

6、長的適用期，當加熱到50 C時樹脂粘度逐漸增大，在油后發生急劇增大；從DSC圖可以看出該改性樹脂體系在礎'C條件下即開始反響，放出的熱量加速了該反響的進行，從而使得樹脂粘度急劇增大。交tUMAl 入同3犬屣劑用量對樹脂黒度的彩響2.3樹脂配方的優化按正交表L9 (34)通過試驗來優選樹脂配方及固化工藝制度5。在100份環氧樹脂中，固化劑選用 3個水平：67份、75份、80份；交聯劑選用3個水平：0份、30份、35份；固化溫度為60'C/2h，后固化溫度 選用3個水平：140C、150C、160C ;固化時間選用 3個水平：2h、3h、5h;以樹脂澆鑄體的彎曲強度為 試驗指標。由

7、正交實驗結果可知，固化劑用量為75份時性能最好；同樣可知交聯劑量為30份，后固化溫度及時間為150 C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，這是由于環氧樹脂與酸酐的固化反響為逐步加成反響，固化劑用量直接 影響固化體系中三維網絡結構的形成，所以對固化物的力學性能影響最大。由于化學反響只有在越過活化 能以后才能進行，所以固化溫度對該反響的影響較大。交聯劑的用量對樹脂的彎曲強度也有較大影響。由正交實驗結果及分析可得出樹脂的最優配方及固化工藝參數為：環氧樹脂100份、酸酐固化劑75份、交聯劑30份，后

8、固化溫度為150C，固化時間為3ho2. 4優選配方熱穩定性評價對優選配方進行熱失重試驗，熱重曲線見圖5。從熱失重曲線可以看岀起始失重溫度為158. 9C，失重達50%時的溫度為466. 1C。根據經驗公式T1+0.5(T2 T1) /2 .17可以計算出該樹脂的長期使用溫度可 達 144 Co田5優選at方時T&樹蛻2.5改性環氧樹脂的力學與物理性能改性環氧樹脂優選配方的力學及物理性能見表1 o表1改性環氧樹脂澆鑄體的力學及物理性能測試工程結果拉伸強度 MPa87拉伸模量 GPa4.5彎曲強度 MPa131彎曲模量 GPa2.8沖擊韌性 kJ m-216.2體積電阻率pv/cm4.2x1015外表電阻率ps / Q cm6x1013介電常數e 4.2介質損耗角正切tg 5 3X103馬丁耐熱廠C205由表 1 可以看出該改性環氧樹脂體系具有較優異的力學性能及物理性能。3結論(l )在酸酐固化的環氧樹脂中， 通過參加低粘度非環氧交聯劑能有效地降低樹脂體系的粘度。該樹脂體系 在室溫下具有較長的適用期，加熱到50C以上能快速發生反響，使樹脂粘度激增。(2 )由DSC可以確定參加交聯劑后，樹脂固化溫度為60C，后固化溫