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文章编号 :100026893 (2008) 0320752205 3238树脂及其改性
沈超 (北京航空材料研究院 ,北京 100095)
Resin 3238 and Its Modification Shen Chao (Beijing Institute of Aeronautical Materials , Beijing 100095 , China)
摘 要 :采用芳香二胺对 3238韧性中温固化环氧树脂体系进行了改性。通过芳香二胺和环氧树脂预先反应 ,消除了芳香二胺对中温环氧树脂的固化及工艺的影响 ,改性前后差示扫描量热法 (DSC)初始温度和峰顶温度的差别仅有 3 ℃,最终固化程度的差别也仅有 1%。通过芳香二胺刚性结构的引入 ,由于芳香二胺和环氧树脂的交联密度高于双氰胺环氧树脂体系 ,因此引入芳香二胺刚性结构提高了 3238树脂的耐热性 ,干态玻璃化转变温度提高了 29 ℃,且纯固化后树脂吸湿量降低了 0134 %,湿态玻璃化转变温度提高了 46℃。改性后树脂可能形成了高低交联密度区 ,产生了固化物交联状态的不均匀 ,在提高树脂体系耐热性能的同时 ,保持 断裂韧性达 1 133 J/ m2。
Abstract : This paper introduces a modification technology of 3238 medium2temperature curing epoxy resin with aromatic diamine. The infection to epoxy resin curing cycle and forming process is avoided by the pre2reaction of aromatic diamine and epoxy resin bisphenol A. The difference of the differential scanning calorimetry (DSC) onset ( Ti) andtop ( Tp) temperature is only 3 ℃. The difference of the final curing degree is 1 %. The hygro2 thermal properties of resin 3238 are improved because of the introduction of the rigidity structure of aromatic diamine and its higher crosslinking density than that of dicyandiamide and epoxy resin. The moisture absorp2 tion of the resin is decreased by 0134 % , and the dry and wet glass transition temperature is increased by 29 ℃ and 46 ℃ respectively. Toughness is retained because of the forming of a high and low crosslinking density section. The tensile stress2strain curve exhibites clear plastic deformation and its elongation reaches 51 31 %. The model II fracture toughness of the composite reaches 1 133 J/ m2 . Key words : composites; epoxy resin; modification; hygrothermal property; toughness 碳纤维复合材料具有比强度、比模量高以及性能的可设计和成形工艺多样性等特点 ,广泛用于结构材料 [1]。在航空航天工业中应用最广泛的复合材料树脂基体是环氧树脂 ,双酚 A型环氧树脂由于其优异的工艺性能和质量稳定性而最为普遍。随着性能需求的不断提高 ,环氧树脂基体在不断改进 [225]。一是改善湿热性能以提高使用温度 ,主要是通过合成新型结构的环氧和固化剂来实现 ;二是增加韧性 ,以提高复合材料的损伤容限 ,主要通过采用新型结构固化剂和增韧剂来实现 [627]。 3238树脂是一种低固化反应热的韧性中温固化环氧树脂体系 ,树脂黏度中等略低 ,流动性较 收稿日期 :2007208227 ;修订日期 :2008203210通讯作者 :沈超 E2mail :shen_chao_ok @yeah. net 好 ,可用胶膜法制造预浸料 ,预浸料黏性适中 ,适合简单固化成形工艺 ,其复合材料具有较好的性能 ,但耐热性较低 [8]。 3238树脂为双氰胺 /双酚 A环氧树脂体系 ,是通过降低固化剂含量 ,从而降低交联密度的方法 ,改进了韧性 ,但耐热性也同时降低。由于芳香二胺的刚性结构及其与环氧树脂的交联密度高于双氰胺环氧树脂体系 ,因此芳香二胺的加入会提高 3238树脂的耐热性。 在复合材料结构的制造中 ,不仅要成形出制件的形状 ,而且还需要完成材料的 “复合” ,工艺对复合材料的性能具有决定性的影响 [9210 ]。因此在材料的改性过程中 ,必须保持原有材料的工艺性能。 由于芳香二胺和环氧树脂的交联密度与双氰
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胺环氧树脂不同 ,并且芳香二胺和环氧树脂预先反应后 ,在树脂的固化过程中 ,起成核作用 ,可能形成了高交联密度区 ,并限制环氧树脂的固化 ,产生了低交联密度区 ,形成固化物交联状态的不均匀 ,提高树脂的韧性 ,从而补偿刚性和交联密度提高对韧性的影响。 1 实 验 树脂 3238环氧树脂由北京航空材料研究院研制和生产。 3238树脂的改性 芳香二胺和环氧树脂在 180℃下反应 2h后 ,在 60℃下加入固化剂双氰胺和促进剂并搅拌 ,直到树脂形成均一混合物。 树脂浇注体 树脂在 60℃下抽真空 1 h,倒入在 80℃预热的平行平板玻璃模具内 ,在80 ℃下继续抽真空 01 5h。在 125℃下固化 11 5 h,升温和降温速率为 1～3 ℃/ min。 ～
湿热性能 尺寸为 50 mm ×10 mm ×4 mm的树脂浇注体试样浸入沸水中 ,吸湿量由称重法测量。树脂浇注体和复合材料力学性能在沸水 48 h后测试。 测试方法 差示扫描量热法 (DSC)曲线在 Perking2Elmer DSC型热分析仪上测定 ,升温速率为 5 ℃/ min。固化度通过 Magna275傅里叶变换红外光谱仪上测定。动态力学分析 (DMA)在 Imass DS2I动态机械分析仪上进行 ,测试频率为 1 Hz,升温速率为 3 ℃/ min (湿态为 10 ℃/ min)。树脂浇注体和复合材料力学性能按国家标准测定。 2 结果与讨论 21 1 工艺性能 黏性是预浸料的重要工艺性能 ,黏性的好坏直接影响复合材料在成形过程中的铺叠 ,进而影响纤维在复合材料中的排列位置 ,对复杂形状结构 ,可能因铺叠不实而引起纤维架桥。黏性主要由树脂的状态决定 ,并受预浸料的树脂含量影响。改性剂芳香二胺的含量是根据树脂黏度及预浸料的黏性来确定的 ,改性后的树脂和 3238树脂具有相当的黏性。 3238树脂及改性后树脂的黏温曲线见图 1,属于中等黏度树脂体系 ,因此具有较好的流动性 ,便于复合材料在成形时 ,除去多余的树脂 ,形成所需复合材料的纤维体积含量。同时树脂的黏度也不太低 ,不会在复合材料成形时 ,产生过多流胶而导致贫胶。改性后的树脂黏度略高于 3238树脂 ,不会改变 3238树脂的工艺性能。 www.aero.cn 航空翻译 www.aviation.cn 本文链接地址：航空学报08大飞机专刊
