低粘度环氧树脂固化体系研究.docx

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低粘度环氧树脂固化体系研究

低粘度环氧树脂固化体系研究

段华军王钧杨小利

（武汉理工大学430070

摘要：

将低粘度交联剂加入到酸酐固化的环氧树脂体系中，能有效降低树脂体系的粘度，得到室温下仅为0.08pa?

S的酸酐-环氧树脂体系。

利用正交实验优选了树脂配方，获得了优异的力学及物理性能；通过DSC确定了树脂的固化工艺制度，并

RTM工艺及湿法制

利用TG对该树脂的热稳定性进行了评价。

该树脂体系适合于造高性能复合材料。

关键词：

环氧树脂酸酐低粘度RTM

环氧树脂是制备高性能复合材料重要的基体材料之一

，能够赋予复合材料

，新的成型加工方法不

良好的力学性能和物理性能。

随着复合材料行业的飞速发展

断涌现，对所使用的树脂基体提出了较高的要求。

如RTM（ResinTransferMolding

工艺，由于RTM工艺是低压成型工艺，不仅要求树脂具有较高的力学性能和物理性

能,而且树脂对纤维只有一步浸润过程，还要求树脂具有很低的粘度，以满足树脂对纤维的充分浸润及流动充模［1~3］。

目前使用的环氧树脂由于粘度较高，限制了其在R

TM成型工艺中的应用。

针对这一问题，研究满足RTM工艺要求的低粘度、高性能环氧树脂体系不仅能拓宽RTM工艺的应用领域，同时能极大的提高复合材料的性

能。

本文通过自制的一类交联剂、改性酸酐与E244环氧树脂组成一个共混树脂体

系，该树脂体系在保持环氧树脂优异性能的前提下，同时具有很低的粘度。

利用差示扫描量热法（DSC对该共混体系的固化特性进行了研究，利用正交实验确定了较为合理的固化制度；同时测试了该共混树脂体系的粘度、温度对粘度的影响以及浇铸体的力学性能和物理性能；并利用TG对该树脂的热稳定性进行了评价。

1实验部分

1.1原材料及仪器设备

E244环氧树脂：

岳阳石化环氧树脂厂生产；改性酸酐：

白色固体粉末，酸酐当量168熔点86C,自制;交联剂:

无色低粘度液体，自制。

PYRS1型DSC测试仪:

美国Perkin2Elmer公司;NDJ28型数显式粘度计：

上海精

密科学仪器有限公司;RGT230型微机控制电子万能材料试验机：

深圳瑞格尔有限公

司;CS10123EBN型烘箱:

重庆永恒实验仪器厂。

1.2试样制备及测试

按正交实验确定的配方将称量好的环氧树脂、改性酸酐加入到烧杯中，在搅拌

下加热到90C,直至酸酐完全熔解，树脂呈透明液体状态；冷却至60C以下加入交联剂并搅拌均匀。

将配制好的树脂倒入模具中并按确定的固化制度进行固化。

树脂浇铸体的力学性能与物理性能测试均按相应GB标准进行。

2结果与讨论

2.1交联剂对树脂固化特性的影响

用DSC测定了树脂的固化放热曲线[4],见图1~2。

各图对应树脂配方分别为,图1：

环氧树脂100份加固化剂75份;图2:

环氧树脂100份加固化剂75份及交联剂

25份

If

\\'I'l

111二

||

f：

图1未加交联剂的酸酐-环氧体系DSC

M-

曲线图2加入交联剂的酸酐-环氧体系DSC曲线

232003年1月

低粘度环氧树脂固化体系研究

FRP/CM20031NO.1

由图1可以看出没加交联剂的树脂体系放热峰拐点位置对应的温度为94C,最

高放热峰在114C出现；由图2可以看出加入交联剂后,在60C就会出现放热，最高放热峰在145C出现。

这说明加入交联剂能降低起始反应温度，最高放热峰向高温方向移动表明加入交联剂能加剧固化反应的进行。

2.2交联剂用量、温度和时间对树脂体系粘度的

影响

利用旋转粘度计测试了环氧树脂中加入交联剂前后的粘度变化值，见图3。

由图3可以看出交联剂的加入能有效的降低树脂体系的粘度。

同时测试了树脂在室温及50C恒温下的粘度变化，见图4。

由图4可以看出该改性树脂体系在室温下具有较长的适用期，当加热到50r时树脂粘度逐渐增大，在6h后发生急剧增大;从DSC图可以看出该改性树脂体系在60r条件下即开始反应，放出的热量加速了该反应的进行，从

而使得树脂粘度急剧增大

交联剂用量对树脂粘度的影响

图4温度和时间对树脂粘度的影响

2.3树脂配方的优化

按正交表L9（34通过试验来优选树脂配方及

固化工艺制度⑸。

在100份环氧树脂中，固化剂选用3个水平:

67份、75份、80份;交联剂选用3个水平:

0份、30份、35份;固化温度为60r/2h，后固化温度选用3

个水平:

140C、150C、160C;固化时间选用3个水平:

2h、3h、5h以树脂浇铸体

的弯曲强度为试验指标。

由正交实验结果可知，固化剂用量为75份时性能最好；同样可知交联剂量为30份,后固化温度及时间为150C和3h性能最好。

由各因素极差可以看出，极差最大的是固化剂用量，其次为固化温度，最小为固化时间。

由正交原理可知，固化剂用量对树脂性能影响最大，这是由于环氧树脂与酸酐的固化反应为逐步加成反应，固化剂用量直接影响固化体系中三维网络结构的形成

所以对固化物的力学性能影响最大。

由于化学反应只有在越过活化能以后才能进行所以固化温度对该反应的影响较大。

交联剂的用量对树脂的弯曲强度也有较大影响。

由正交实验结果及分析可得出树脂的最优配方及固化工艺参数为：

环氧树脂

100份、酸酐固化剂75份、交联剂30份,后固化温度为150C,固化时间为3h。

2.4

优选配方热稳定性评价对优选配方进行热失重试验，热重曲线见图5。

从热失重曲线

可以看出起始失重温度为1589C,失重达50%时的温度为466TC。

根据经验公式

[T1+0.5（T2-T1]/2.17可以计算出该树脂的长期使用温度可达144C

IAIpl

［「A

图5优选配方的TG曲线

2.5改性环氧树脂的力学与物理性能

改性环氧树脂优选配方的力学及物理性能见

32003年第1期玻璃钢/复合材料FRP/CM20031NO.1

表1改性环氧树脂浇铸体的力学及物理性能

测试项目结果

拉伸强度/MPa87拉伸模量/GPa4.5弯曲强度/MPa131弯曲模量/GPa2.8冲击

韧性/KJ?

m-216.2体积电阻率（PV/?

Qcm4.2X015表面电阻率（ps/?

@m6X1013

介电常数（

£4.介质损耗角正切（tgS3X310

马丁耐热厂C

205

由表1可以看出该改性环氧树脂体系具有较优

异的力学性能及物理性能。

3结论

（1在酸酐固化的环氧树脂中，通过加入低粘度

非环氧交联剂能有效地降低树脂体系的粘度。

该树

脂体系在室温下具有较长的适用期，加热到50C以

上能快速发生反应，使树脂粘度激增。

（2由DSC可以确定加入交联剂后，树脂固化温度为60C,后固化温度为150C。

（3通过正交实验得到该树脂优选配方为E-44环氧树脂100份、酸酐固化剂75

份、交联剂30

份时性能最佳。

（4该改性环氧树脂体系粘度低、反应活性高、力学及物理性能优异，长期使用

温度可达到140°C。

（5该改性环氧树脂体系适合RTM成型工艺。

参考文献

1张锬,段跃新•树脂传递模塑工艺专用低粘度环氧树脂体系研究

[J].高分子材料科学与工程，2000,16（1:

86-88

2焦剑,蓝立文.一种中温固化环氧树脂的研究[J].复合材料学

报,2000,17（2:

8-11

3梁志勇，段跃新.EPON862环氧树脂体系化学流变特性研究

[J].复合材料学报,2001,18（1:

16-19

4王德中.环氧树脂生产与应用[M].北京:

化学工业出版社,

2001:

159-173

5欧阳国恩,欧国荣.复合材料试验技术[M].武汉:

武汉工业大学

出版社,1993:

7-10

STUDYONLOWVISCOSITYEPOXYRESINCURINGSYSTEM

DuanHuajunWangJunYangXiaoli

（WuhanUniversityofTechnology

Abstract:

lnthispaperself2madecross2linkingagentwasaddedtoepoxyresinsystem,whichwasusedtomodifyanhydrideascuringagenttodecreasetheviscosityoftheresinto0.08Pa?

Satroomtemperature,whiletheexcellentmechanicandphysicpropertiesofepoxyresinkeptunchanged.ThecuringmethodoftheresinwasalsodeterminedbyDSC.Theformulationoftheresinwasoptimizedbytheregressanalysis.ItprovesthattheresinsystemissuitableforRTMandwetlay2upprocessandmakinghighperformaneecomposites.

Keywords:

epoxyresinanhydridelowviscosityRTM

（上接第31页

CADFORFlLAMENTWINDINGPATTERNANDTRANSMISSION

SYSTEM

HuJunLiPengWuYaochu（WuhanUniversityofTechnology

Abstract:

ByusingVC++6.0asprogrammingIanguage,thepaperhasdesigned

CADsoftwareforwindingpatternandtransmissionsystemofmechanicalcontrolledfilamentwindingmachines,whichprovidesthebasicdataofwindingproductiontoobtainthefilamentwindingpatternlaw,realityrate,fixationrate,alterationwheelrate,mainaxlerotationspeed,chainlength,chainnodenumbers,chainwheeldiameterandchainwheellayout,etc」tsuppliessimpleandaccuratewaysfortechnicalpersonneltodesignwindingpatternandcontroltransmis2sionsysteminfilamentwindingprocess.

Keywords:

filamentwindingmachinewindingpatterntransmissionsystem

CAD432003年1月

低粘度环氧树脂固化体系研究

FRP/CM20031No.1