摘要:本文通過對普通雙酚A型環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性和添加自制液體胺類固化劑的方法,制備出一種RTM環(huán)氧樹脂體系,并通過DMA、萬能材料試驗(yàn)機(jī)考察了固化劑含量對該環(huán)氧樹脂體系固化特性的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)固化劑含量較低或較高時(shí),環(huán)氧樹脂體系Tg均較低。當(dāng)樹脂與固化劑配比為100∶31時(shí),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最大,約為92.4℃,此時(shí),該環(huán)氧樹脂體系也具有較好的綜合力學(xué)性能。
關(guān)鍵詞:RTM;環(huán)氧樹脂;固化劑含量;固化性能
1引言
環(huán)氧樹脂本身為熱塑性的線型結(jié)構(gòu),只有和固化劑反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶不熔聚合物后才具有使用價(jià)值。因此固化劑的研究對于環(huán)氧樹脂的應(yīng)用尤為重要。固化劑研究主要包括結(jié)構(gòu)、配比、成型固化機(jī)理等。即使相同種類不同結(jié)構(gòu)的固化劑在相同成型固化工藝參數(shù)及程序下得到的固化物,其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也具有很大的差異[1~8]。本文通過對普通雙酚A型環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性和添加自制液體胺類固化劑的方法,制備出了一種RTM環(huán)氧樹脂體系,并研究了自制液體胺類固化劑含量對該環(huán)氧樹脂體系固化性能的影響。
1實(shí)驗(yàn)部分
1·1原材料
環(huán)氧樹脂A,普通雙酚A型環(huán)氧樹脂改性制得環(huán)氧值為0.55;固化劑,改性胺類固化劑C,自制,活潑氫當(dāng)量為56.5。
1·2儀器設(shè)備
DV-III+可編程控制式流變儀,美國Brookfie工程實(shí)驗(yàn)室公司;電熱鼓風(fēng)烘箱CS101-2A,重慶實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠;萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)INSTRON-1121,英國INSTRON公司;DMA2900,美國TA公司。
1·3樣品制備及性能測試
將環(huán)氧樹脂A加入到燒杯中,分別按表1所述配比加入固化劑C,充分?jǐn)嚢琛⒒旌虾玫臉渲w系倒入預(yù)先涂有脫模劑的模具中,真空脫泡30min室溫下放置24h,最后將其放置在烘箱中保溫80℃,15h。
樹脂澆鑄體的拉伸、彎曲性能測試分別參照GB/T2568-1995、GB/T2570-1995執(zhí)行。部分樣品加工成雙懸臂DMA標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行測試。測試條件為:頻率為1Hz,升溫速率為3℃/min,升溫范圍為30~140℃。
表一
2結(jié)果與討論
2·1RTM環(huán)氧樹脂體系工藝特性研究
圖一
圖1所示為EC-3環(huán)氧樹脂體系的粘度、溫度隨時(shí)間變化關(guān)系。研究結(jié)果表明,EC-3體系的粘度、溫度隨時(shí)間呈指數(shù)變化關(guān)系。體系初始粘度約為260cps,1.5h后粘度升至600cps,3h后體系粘度為1000cps左右。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,體系溫度增長緩慢,3h后體系溫度約為50℃。可見,該體系完全能夠在室溫下進(jìn)行RTM注射成型。
2·2固化劑含量對RTM環(huán)氧樹脂體系耐熱性的影響
DMA能反映出在強(qiáng)迫振動下測試材料的動態(tài)力學(xué)性能隨溫度的變化,可以用于測試材料的耐熱性和阻尼性能等。耐熱性的高低取決于材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的高低。
圖2所示為EC-1、EC-2、EC-3、EC-4、EC-5、EC-6六種環(huán)氧樹脂體系的DMA曲線。由圖2可以看到,當(dāng)固化劑含量較低或較高時(shí),環(huán)氧樹脂體系Tg均較低。當(dāng)樹脂與固化劑配比為100:31時(shí),即EC-3體系時(shí),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最大,約為92.4℃。這可能是由于固化劑未加足時(shí),環(huán)氧基反應(yīng)效率較低,而當(dāng)固化劑過量時(shí),固化劑反應(yīng)效率也較低,結(jié)果同樣導(dǎo)致交聯(lián)密度低,固化物未能形成理想的網(wǎng)狀交聯(lián)狀態(tài),所以在固化劑不足或過量時(shí)Tg均較低。
2·3固化物含量對RTM環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響
固化劑的含量對環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)有很大影響,即使對于同一種環(huán)氧樹脂來說,不同固化劑含量的固化物的性能也有差異。表2為EC-1、EC-3、EC-4、EC-5、EC-6五種體系澆鑄體的力學(xué)性能表。基于上述耐熱性考察,EC-3除了具有較高耐熱性外,該體系也具有較優(yōu)的拉伸和彎曲等綜合力學(xué)性能,能夠滿足RTM樹脂體系要求。而對于EC-1、EC-4、EC-5、EC-6體系,由于固化劑的不足或過量,引起了固化物交聯(lián)密度不同程度的降低,因此樹脂體系綜合性能低于EC-3體系。
3結(jié)論
(1)本文通過對普通雙酚A型環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性和添加自制液體胺類固化劑的方法,制備出了一種RTM環(huán)氧樹脂體系,該體系粘度較低,能夠滿足RTM工藝性能要求;
(2)通過添加不同含量固化劑,研究了固化劑含量對RTM環(huán)氧樹脂耐熱性和澆鑄體力學(xué)性能的影響。當(dāng)固化劑含量較低或較高時(shí),環(huán)氧樹脂體系Tg均較低。樹脂與固化劑最佳配比為100∶31時(shí),此時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最大,約為92.4℃。此外,該環(huán)氧樹脂體系也具有較好的綜合力學(xué)性能。
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