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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(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等優(yōu)點(diǎn)的，具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、低粘度、工藝加工性能好、可常溫固化、固化無毒性、粘接強(qiáng)度高的一種新型復(fù)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(fù)合材料，被廣泛應(yīng)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(yè)。
關(guān)鍵詞 : 耐腐蝕樹脂 高溫 復(fù)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(yōu)良的物理力學(xué)性能和耐腐蝕、長壽命及便利的加工性能，被廣泛應(yīng)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(yè)。但是，隨著腐蝕與防護(hù)的不斷發(fā)展和工業(yè)化程度的提高，防腐材料的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，使用工況、介質(zhì)越來越復(fù)雜，使用溫度也越來越高，傳統(tǒng)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(tǒng)材料的使用溫度范圍，朝較高使用溫度發(fā)展；提高使用介質(zhì)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(nèi)外固化性能），是國內(nèi)外防腐材料的發(fā)展趨勢。
新材料、航空、航天工業(yè)的發(fā)展水平不僅是一個(gè)國家政治、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的體現(xiàn)，而且航空產(chǎn)品薈萃了當(dāng)今世界上最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和材料科學(xué)的成果，是對一個(gè)國家新材料的科技開發(fā)和應(yīng)用水平的最好展示。高性能的樹脂基纖維復(fù)合材料在航空、航天工業(yè)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(yè)發(fā)展的基石。
因此，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌性、耐高低溫、耐腐蝕、高抗損傷、低濕熱環(huán)境效應(yīng)等優(yōu)異性能的樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，得以在航空、航天這一高技術(shù)領(lǐng)域大展身手。優(yōu)化設(shè)計(jì)的樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有高比強(qiáng)度和比剛度，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。抗疲勞斷裂性能好、耐高溫、耐腐蝕，尺寸穩(wěn)定性好；以及便于大面積整體加工成形的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，用于航空、航天飛行器結(jié)構(gòu)上，在保證性能指標(biāo)的前題下，可以大大減輕質(zhì)量，提高飛行器的綜合性能。因此，功能性樹脂基纖維復(fù)合材料的用量，已成為衡量航空、航天產(chǎn)品先進(jìn)性的一個(gè)重要標(biāo)志。
高性能樹脂，作為樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體材料，其性能的優(yōu)劣直接影響著航空、航天材料發(fā)展。作為航空、航天結(jié)構(gòu)材料中最重要的機(jī)體材料和發(fā)動(dòng)機(jī)材料，與化工新材料有著密切的關(guān)系。出于對航空飛行及其安全性考慮，航空、航天結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn)是輕質(zhì)，高強(qiáng)、高可靠性。飛行器作為一個(gè)整體，還用到少量非結(jié)構(gòu)材料，如減振、降噪、密封、導(dǎo)電、壓電、吸波、屏蔽、阻燃，隔熱，隱身材料等，這對化學(xué)工業(yè)的發(fā)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(xù)航能力和提高航速。鋁合金、鈦合金和樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為機(jī)體主承力結(jié)構(gòu)材料，在導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭和航天器上的應(yīng)用越來越普遍。利用纖維纏繞工藝制造芳綸/環(huán)氧、碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼是近代復(fù)合材料發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，復(fù)合材料不僅耐腐蝕、耐高溫、耐輻射、阻燃、抗老化，而且經(jīng)過與纖維復(fù)合增強(qiáng)作用使火箭固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼密度小、剛性好、強(qiáng)度高，而且尺寸穩(wěn)定；導(dǎo)彈彈頭和衛(wèi)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(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料；太陽能電池陣基板是由聚酰亞胺薄膜、纖維/環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)面板、加強(qiáng)件、邊緣件及聚酰亞胺襯套包裹的鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。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(nèi)，為了得到樹脂適用期，纏繞溫度、粘度、凝膠時(shí)間、固化時(shí)間和濕度以及制品性能等的最佳綜合平衡，必須優(yōu)化樹脂體系配方，包括固化劑和促進(jìn)劑的選擇以及用量的優(yōu)化。濕法纏繞用樹脂包括環(huán)氧、乙烯基酯、不飽和聚酯、酚醛、雙馬樹脂（BMI）以及聚酰亞胺。環(huán)氧樹脂是目前應(yīng)用最廣的樹脂體系，尤其在航空航天工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)占有絕對的優(yōu)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(yīng)用也越來越多。
2．1耐高溫纖維纏繞玻璃鋼用樹脂規(guī)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(shí) ） ≥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(shí)間（小時(shí) ） ≤16
熱扭變溫度（℃） ≥246


2．2纖維纏繞玻璃鋼單向環(huán)的力學(xué)和物理性能要求

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


2.3樹脂基體存在的不足之處
環(huán)氧樹脂由于性能優(yōu)異，數(shù)十年來一直是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用復(fù)合材料樹脂基體的主體，預(yù)計(jì)今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍將如此。這些年來曾經(jīng)歷過剛性環(huán)氧--柔性環(huán)氧--剛性環(huán)氧的再認(rèn)識(shí)過程，但居主導(dǎo)地位的一直是剛性雙酚A二縮水甘油醚的環(huán)氧混合物。環(huán)氧樹脂的固有缺點(diǎn)是耐沖擊損傷能力差，耐熱性能也較低(小于170℃)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在高速下飛行，外表面必須良好絕熱，以防御氣動(dòng)加熱影響，這樣則加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的惰性質(zhì)量。為了適應(yīng)航空航天領(lǐng)域日益苛刻的要求，多年來各國都在努力改進(jìn)環(huán)氧樹脂性能，例如提高韌性或耐熱性，以便于開發(fā)同高性能增強(qiáng)材料（如芳綸、碳纖維等）相匹配的樹脂體系，以不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。但總結(jié)起來，大都是在保證環(huán)氧樹脂優(yōu)異的工藝性的前提下，實(shí)現(xiàn)環(huán)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(fù)合材料已成為宇航工業(yè)中不可缺少的關(guān)鍵材料。因此，致力于開發(fā)各種高性能樹脂，意義重大。
目前，國內(nèi)外防腐、航空、航天等領(lǐng)域所采用的高性能樹脂基合復(fù)合材料還比較單一，主要以不飽和聚酯、乙烯基樹脂、韌性環(huán)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(qiáng)度低；乙烯基樹脂，雖然具有韌性好，粘接強(qiáng)度好、固化后毒性小等優(yōu)點(diǎn)，但存在使用溫度低的缺點(diǎn)；環(huán)氧樹脂，雖然具有韌性好，粘接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)腐蝕介質(zhì)（如較強(qiáng)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(fèi)用高等缺點(diǎn)。雙馬來酰亞胺樹脂，雖然具有較高使用溫度和機(jī)械性能，但存在固化溫度高，熔點(diǎn)高，溶解性差，脆性大等缺點(diǎn)。
因此，開發(fā)具有高強(qiáng)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(fù)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(fā)、生產(chǎn)為一體的科技公司，ARS系列高溫耐腐蝕樹脂是該公司經(jīng)過潛心研究開發(fā)成功的一種新型耐高溫、耐酸堿和有機(jī)溶劑腐蝕的樹脂，該系列樹脂采用自主研制的催化劑、異構(gòu)劑和獨(dú)特的樹脂生產(chǎn)工藝，不但大大簡化了工藝流程、縮短生產(chǎn)周期，而且在樹脂合成過程中，充分利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，大大節(jié)約了能源，同時(shí)在樹脂合成過程中，無“三廢”產(chǎn)生。該系列樹脂不但綜合了不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂的優(yōu)點(diǎn)，而且具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、低粘度、工藝加工性能好、可常溫固化、固化無毒性、粘接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。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(dá)240℃。
四．ARS 高溫耐腐蝕樹脂與目前現(xiàn)有材料性能對比
ARS系列高溫耐腐蝕樹脂與環(huán)氧樹脂、雙馬酰亞胺樹脂等的性能相比，具有其獨(dú)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(huán)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(shí)間（晝夜）不少于，天
環(huán)氧樹脂 15*
酚醛樹脂 20*
環(huán)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(huán)氧、呋喃宜進(jìn)行熱處理固化；
4.3與基體材料粘結(jié)強(qiáng)度及附著力比較

粘結(jié)劑 水玻璃 酚醛膠泥 呋喃膠泥 環(huán)氧樹脂 ARS-S樹脂
粘結(jié)強(qiáng)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(jié)強(qiáng)度及附著力 表5
4.4耐化學(xué)腐蝕性能比較
耐化學(xué)腐蝕性能比較 表6

國內(nèi)乙烯基樹脂 國外硬質(zhì)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(xué)性能

物理力學(xué)性能 表7

名稱 拉伸強(qiáng)度，MPa 彎曲強(qiáng)度，MPa 壓縮強(qiáng)度，MPa 沖擊強(qiáng)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(huán)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(qiáng)度kv/mm 工頻介質(zhì)損耗因數(shù) 工頻相對介電常數(shù) 體積電阻率Ωm 耐電弧性
s
常態(tài) 浸水
24h 常態(tài)x10-3 100℃x10-3 常態(tài) 100℃ 常態(tài)
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(huán)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(diào)節(jié)，可使用期（凝膠時(shí)間）長。可廣泛用于機(jī)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(lǐng)域的應(yīng)用
ARS系列高溫耐腐蝕樹脂適用于石油化工、冶金、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域高溫腐蝕環(huán)境。