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摘要：ARS高溫耐腐蝕樹脂，是一種綜合了不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等優點的，具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、低粘度、工藝加工性能好、可常溫固化、固化無毒性、粘接強度高的一種新型復合材料基體樹脂。其中ARS-S，長期使用溫度180，短期使用溫度200；ARS-L，長期使用溫度200，短期使用溫度230；ARS-H，長期使用溫度230，短期使用溫度240；該樹脂可制成各種復合材料，被廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、航天、航空、國防、熱交換、制藥、給排水、市政工程等行業。
關鍵詞 : 耐腐蝕樹脂 高溫 復合材料
一．概論
合成熱固性樹脂作為非金屬防腐材料，以其優良的物理力學性能和耐腐蝕、長壽命及便利的加工性能，被廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、航天、航空、國防、熱交換、制藥、給排水、市政工程等行業。但是，隨著腐蝕與防護的不斷發展和工業化程度的提高，防腐材料的應用領域也越來越廣，使用工況、介質越來越復雜，使用溫度也越來越高，傳統的高分子防腐材料已不能滿足使用要求。因此，研制新型耐高溫耐腐蝕樹脂，突破傳統材料的使用溫度范圍，朝較高使用溫度發展；提高使用介質的濃度和范圍；改善防腐材料的工藝、施工性能（粘度、浸透性、內外固化性能），是國內外防腐材料的發展趨勢。
新材料、航空、航天工業的發展水平不僅是一個國家政治、經濟實力的體現，而且航空產品薈萃了當今世界上最先進的科學技術和材料科學的成果，是對一個國家新材料的科技開發和應用水平的最好展示。高性能的樹脂基纖維復合材料在航空、航天工業中占有不可缺少和極其重要的地位，與鋁合金、鋼和鈦合金三大金屬材料共同成為支撐航空、航天事業發展的基石。
因此，具有輕質、高強、高韌性、耐高低溫、耐腐蝕、高抗損傷、低濕熱環境效應等優異性能的樹脂基纖維增強復合材料，得以在航空、航天這一高技術領域大展身手。優化設計的樹脂基纖維增強復合材料，具有高比強度和比剛度，可設計性強。抗疲勞斷裂性能好、耐高溫、耐腐蝕，尺寸穩定性好；以及便于大面積整體加工成形的獨特優點，用于航空、航天飛行器結構上，在保證性能指標的前題下，可以大大減輕質量，提高飛行器的綜合性能。因此，功能性樹脂基纖維復合材料的用量，已成為衡量航空、航天產品先進性的一個重要標志。
高性能樹脂，作為樹脂基纖維增強復合材料的基體材料，其性能的優劣直接影響著航空、航天材料發展。作為航空、航天結構材料中最重要的機體材料和發動機材料，與化工新材料有著密切的關系。出于對航空飛行及其安全性考慮，航空、航天結構材料的特點是輕質，高強、高可靠性。飛行器作為一個整體，還用到少量非結構材料，如減振、降噪、密封、導電、壓電、吸波、屏蔽、阻燃，隔熱，隱身材料等，這對化學工業的發展提出了更高要求。大量使用化工新材料不但可以減輕飛行器本身的重量，而且可以增加續航能力和提高航速。鋁合金、鈦合金和樹脂基纖維增強復合材料作為機體主承力結構材料，在導彈、運載火箭和航天器上的應用越來越普遍。利用纖維纏繞工藝制造芳綸/環氧、碳纖維/環氧復合材料固體發動機殼是近代復合材料發展史上的一個重要里程碑，復合材料不僅耐腐蝕、耐高溫、耐輻射、阻燃、抗老化，而且經過與纖維復合增強作用使火箭固體發動機殼密度小、剛性好、強度高，而且尺寸穩定；導彈彈頭和衛星整流罩、宇宙飛船的防熱材料大量采用了碳纖維、高硅氧增強酚醛樹脂復合材料；太陽能電池陣基板是由聚酰亞胺薄膜、纖維/環氧樹脂網絡面板、加強件、邊緣件及聚酰亞胺襯套包裹的鋁蜂窩夾芯結構。凡此種種，不勝枚舉。
二．航空、航天纏繞制品對樹脂基體的要求
航空、航天纏繞制品大多采用濕法纖維纏繞，一般要求樹脂粘度在1~3Pa.s 范圍內，為了得到樹脂適用期，纏繞溫度、粘度、凝膠時間、固化時間和濕度以及制品性能等的最佳綜合平衡，必須優化樹脂體系配方，包括固化劑和促進劑的選擇以及用量的優化。濕法纏繞用樹脂包括環氧、乙烯基酯、不飽和聚酯、酚醛、雙馬樹脂（BMI）以及聚酰亞胺。環氧樹脂是目前應用最廣的樹脂體系，尤其在航空航天工業領域內占有絕對的優勢。但隨著使用溫度要求的提高，耐熱更高的BMI和聚酰亞胺等高性能樹脂應用也越來越多。
2．1耐高溫纖維纏繞玻璃鋼用樹脂規范
樹脂的物理性能 表1

粘度（纏繞溫度下的粘度：厘泊） ≤2500
使用壽命（加過催化劑 ，在纏繞溫度下的使用壽命：小時 ） ≥12
存放期（未加催化劑，在室溫下的存放期限：月） ≥12
固化溫度 （℃） ≤260
固化時間（小時 ） ≤16
熱扭變溫度（℃） ≥246


2．2纖維纏繞玻璃鋼單向環的力學和物理性能要求

纖維纏繞玻璃鋼單向環的力學和物理性能 表2
環向抗拉強度 未浸水
（MPa） 在沸水中放置2小時 1033.41
未浸水強度的95%
初始彈性模量（MPa） 5.03×104
層間抗剪強度 （MPa） 48.23
比重 2.0±0.2
玻璃含量（重量百分數） 80±2


2.3樹脂基體存在的不足之處
環氧樹脂由于性能優異，數十年來一直是火箭發動機殼體用復合材料樹脂基體的主體，預計今后相當長時間內仍將如此。這些年來曾經歷過剛性環氧--柔性環氧--剛性環氧的再認識過程，但居主導地位的一直是剛性雙酚A二縮水甘油醚的環氧混合物。環氧樹脂的固有缺點是耐沖擊損傷能力差，耐熱性能也較低(小于170℃)，火箭發動機在高速下飛行，外表面必須良好絕熱，以防御氣動加熱影響，這樣則加大了發動機的惰性質量。為了適應航空航天領域日益苛刻的要求，多年來各國都在努力改進環氧樹脂性能，例如提高韌性或耐熱性，以便于開發同高性能增強材料（如芳綸、碳纖維等）相匹配的樹脂體系，以不斷提高發動機的性能。但總結起來，大都是在保證環氧樹脂優異的工藝性的前提下，實現環氧樹脂的多官能化，以改善其固化物的耐熱性和粘接性。
總之復合材料已成為宇航工業中不可缺少的關鍵材料。因此，致力于開發各種高性能樹脂，意義重大。
目前，國內外防腐、航空、航天等領域所采用的高性能樹脂基合復合材料還比較單一，主要以不飽和聚酯、乙烯基樹脂、韌性環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂材料為主。但這些材料均不同程度的存在不足之處。如不飽和聚酯，脆性大、使用溫度低、粘接強度低；乙烯基樹脂，雖然具有韌性好，粘接強度好、固化后毒性小等優點，但存在使用溫度低的缺點；環氧樹脂，雖然具有韌性好，粘接強度高等優點，但存在耐侯性差，易粉化，粘度大，浸潤性差，在較高溫度下，承受較強腐蝕介質（如較強酸、堿和溶劑等）的能力較差，固化體系毒性大，固化周期長，后加工費用高等缺點。雙馬來酰亞胺樹脂，雖然具有較高使用溫度和機械性能，但存在固化溫度高，熔點高，溶解性差，脆性大等缺點。
因此，開發具有高強度、低粘度、耐高溫、耐腐蝕、無毒性、加工性能好，工藝性能好，可室溫固化的高性能樹脂意義重大。
三．新型復合材料基體樹脂—ARS 高溫耐腐蝕樹脂研制情況簡介
陜西艾瑞斯新材料科技有限公司是一家新興的，集研發、生產為一體的科技公司，ARS系列高溫耐腐蝕樹脂是該公司經過潛心研究開發成功的一種新型耐高溫、耐酸堿和有機溶劑腐蝕的樹脂，該系列樹脂采用自主研制的催化劑、異構劑和獨特的樹脂生產工藝，不但大大簡化了工藝流程、縮短生產周期，而且在樹脂合成過程中，充分利用化學反應產生的熱量，大大節約了能源，同時在樹脂合成過程中，無“三廢”產生。該系列樹脂不但綜合了不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂的優點，而且具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、低粘度、工藝加工性能好、可常溫固化、固化無毒性、粘接強度高等優點。其中ARS –S，長期使用溫度180℃，短期使用溫度200℃；ARS –L 長期使用溫度200℃，短期使用溫度230℃；ARS –H，長期使用溫度230℃，短期使用溫度可達240℃。
四．ARS 高溫耐腐蝕樹脂與目前現有材料性能對比
ARS系列高溫耐腐蝕樹脂與環氧樹脂、雙馬酰亞胺樹脂等的性能相比，具有其獨到之處。
4.1耐溫性能
耐溫性能 表3

名稱 長期使用溫度℃ 最高短期使用溫度℃，2hrs 熱變形溫度℃，1.8MPa
不飽和聚酯 60 100
環氧樹脂 80 100~120
酚醛樹脂 100 120~150
呋喃樹脂 80 120~140
乙烯基樹脂 100 120 106~160
均苯型聚酰亞胺 260 450 360
可熔性聚酰亞胺 200 280
聚酰胺-酰亞胺 220 270 280
聚醚亞胺 170 200 190
雙馬來酰亞胺 180 200
ARS-S 180 200
ARS-L 200 230
ARS-H 230 240


4.2樹脂室溫固化周期
樹脂室溫固化周期 表4

樹 脂 類 別 常溫自然固化時間（晝夜）不少于，天
環氧樹脂 15*
酚醛樹脂 20*
環氧呋喃樹脂 30*
不飽和聚酯樹脂 15
雙酚A型不飽和聚酯樹脂 20
乙烯基樹脂 20
HCGP高溫耐腐蝕樹脂 7


注：1.*表示室溫固化毒性大；
2. 酚醛、環氧、呋喃宜進行熱處理固化；
4.3與基體材料粘結強度及附著力比較

粘結劑 水玻璃 酚醛膠泥 呋喃膠泥 環氧樹脂 ARS-S樹脂
粘結強度 MPa 2～2.5 2.5～5 4 5.6 7.92 (拉伸剪切)
7.79（雙面壓縮剪切）


與基體材料粘結強度及附著力 表5
4.4耐化學腐蝕性能比較
耐化學腐蝕性能比較 表6

國內乙烯基樹脂 國外硬質乙烯基樹脂 ARS-S高溫耐蝕樹脂
濃度
% 溫度
℃ 重量損失率
% 濃度
% 溫度
℃ 重量損失率
% 濃度
% 溫度
℃ 重量損失率 %
H2SO4 5
30 80
80 耐
耐 10
30 80
80 0．26
0．28 20
60
60 80
80
120 -0．42
-0．43
-0．85
HCl 5
30 80
80 耐
尚耐 10 80 0．20 20
32 80
80 -0．08
-0．10
HNO3 5 80 尚耐 10 80 -0．73
醋酸 99 110 + 2．89
HClO 150 -0．28
NaOH 5 80 尚耐 10 80 0．30 10
20 80
80 -0．12
-0．20
甲苯 尚耐 試劑 常溫 -0．36


4.5物理力學性能

物理力學性能 表7

名稱 拉伸強度，MPa 彎曲強度，MPa 壓縮強度，MPa 沖擊強度，KJ/m2 吸水性，%
澆鑄體 FRP 澆鑄體 FRP 澆鑄體 FRP 澆鑄體 FRP 澆鑄體 FRP
不飽和聚酯 30-40 220-280 50-120 200-310 118-160 140-250 3-5 150-300
環氧樹脂 20-80 40-140 127-214 2-8
酚醛樹脂 60 30-100 120 3-6
呋喃樹脂 210 150 350 190
乙烯基樹脂 41.4-90 80-294 75.8-150 180-310 110-150 2-8 75-85
均苯型聚酰亞胺 88.2
可熔性聚酰亞胺 86 3.5 1.2
聚酰胺-酰亞胺 100-120 10 2.5
聚醚亞胺 107 122-163 148 205-235 143 163-183 50-130 60-490 0.75
雙馬來酰亞胺 62 80-116 150 293-300 170 170-350 0.4
ARS-S 282 145 425 104 11 120 0.19
ARS-L 36.3
ARS-H 44.3 109 109 5.6 0.22

4.6電氣性能
電氣性能 表8

名稱 工頻電氣強度kv/mm 工頻介質損耗因數 工頻相對介電常數 體積電阻率Ωm 耐電弧性
s
常態 浸水
24h 常態x10-3 100℃x10-3 常態 100℃ 常態
x1014 浸水
24h 100℃ 澆鑄體
不飽和聚酯 18-22 5.0-8.0 3.4-3.7 0.01-1
環氧樹脂 12-20 4.9-8.0 3.10-4.5 0.12~1 100-140
酚醛樹脂 12-13 100 7.8 0.01
呋喃樹脂 17.5 13-40 4.0-7.9 0.02
乙烯基樹脂 14-18 13-24 3.14-3.36 10 5-125
均苯型聚酰亞胺 120 1.0
（106Hz） 2-4
（106Hz） 0.1
可熔性聚酰亞胺 28-30 5.0
（106Hz） 3.2
（106Hz） 1-10
聚酰胺-酰亞胺 24 5-9 4.2 10-20
聚醚亞胺 27-28 1.3 3.15 67
雙馬來酰亞胺 30 20 4-6
ARS-S 23.55 23.19 4.70 23.2 3.64 3.87 2.41 1.05x1014 1.86x1011 63
ARS-L 20.44 18.27 5.85 2.79 3.79 4.18 3.05 9.50x1013
ARS-H 23.79 22.77 3.93 71.9 3.72 3.80 3.38 1.03x1014 1.94x1011 122


4.7工藝性能
ARS系列高溫耐腐蝕樹脂，由于粘度小，浸潤性好，因此對各種纖維制品具有良好的浸透性，而且粘度可調節，可使用期（凝膠時間）長。可廣泛用于機械纏繞、澆鑄、手糊、模壓等工藝。
五．HCGP 高溫耐腐蝕樹脂在高溫防腐領域的應用
ARS系列高溫耐腐蝕樹脂適用于石油化工、冶金、制藥、環保等領域高溫腐蝕環境。