摘要:本文通过对普通双酚A型环氧树脂进行改性和添加自制液体胺类固化剂的方法,制备出一种RTM环氧树脂体系,并通过DMA、万能材料试验机考察了固化剂含量对该环氧树脂体系固化特性的影响。研究结果表明,当固化剂含量较低或较高时,环氧树脂体系Tg均较低。当树脂与固化剂配比为100∶31时,玻璃化转变温度最大,约为92.4℃,此时,该环氧树脂体系也具有较好的综合力学性能。
关键词:RTM;环氧树脂;固化剂含量;固化性能
1引言
环氧树脂本身为热塑性的线型结构,只有和固化剂反应生成三维网状结构的不溶不熔聚合物后才具有使用价值。因此固化剂的研究对于环氧树脂的应用尤为重要。固化剂研究主要包括结构、配比、成型固化机理等。即使相同种类不同结构的固化剂在相同成型固化工艺参数及程序下得到的固化物,其结构和性质也具有很大的差异[1~8]。本文通过对普通双酚A型环氧树脂进行改性和添加自制液体胺类固化剂的方法,制备出了一种RTM环氧树脂体系,并研究了自制液体胺类固化剂含量对该环氧树脂体系固化性能的影响。
1实验部分
1·1原材料
环氧树脂A,普通双酚A型环氧树脂改性制得环氧值为0.55;固化剂,改性胺类固化剂C,自制,活泼氢当量为56.5。
1·2仪器设备
DV-III+可编程控制式流变仪,美国Brookfie工程实验室公司;电热鼓风烘箱CS101-2A,重庆实验设备厂;万能材料实验机INSTRON-1121,英国INSTRON公司;DMA2900,美国TA公司。
1·3样品制备及性能测试
将环氧树脂A加入到烧杯中,分别按表1所述配比加入固化剂C,充分搅拌。将混合好的树脂体系倒入预先涂有脱模剂的模具中,真空脱泡30min室温下放置24h,最后将其放置在烘箱中保温80℃,15h。
树脂浇铸体的拉伸、弯曲性能测试分别参照GB/T2568-1995、GB/T2570-1995执行。部分样品加工成双悬臂DMA标准试样进行测试。测试条件为:频率为1Hz,升温速率为3℃/min,升温范围为30~140℃。
表一
2结果与讨论
2·1RTM环氧树脂体系工艺特性研究
图一
图1所示为EC-3环氧树脂体系的粘度、温度随时间变化关系。研究结果表明,EC-3体系的粘度、温度随时间呈指数变化关系。体系初始粘度约为260cps,1.5h后粘度升至600cps,3h后体系粘度为1000cps左右。随着反应的进行,体系温度增长缓慢,3h后体系温度约为50℃。可见,该体系完全能够在室温下进行RTM注射成型。
2·2固化剂含量对RTM环氧树脂体系耐热性的影响
DMA能反映出在强迫振动下测试材料的动态力学性能随温度的变化,可以用于测试材料的耐热性和阻尼性能等。耐热性的高低取决于材料的玻璃化转变温度(Tg)的高低。
图2所示为EC-1、EC-2、EC-3、EC-4、EC-5、EC-6六种环氧树脂体系的DMA曲线。由图2可以看到,当固化剂含量较低或较高时,环氧树脂体系Tg均较低。当树脂与固化剂配比为100:31时,即EC-3体系时,玻璃化转变温度最大,约为92.4℃。这可能是由于固化剂未加足时,环氧基反应效率较低,而当固化剂过量时,固化剂反应效率也较低,结果同样导致交联密度低,固化物未能形成理想的网状交联状态,所以在固化剂不足或过量时Tg均较低。
2·3固化物含量对RTM环氧树脂力学性能的影响
固化剂的含量对环氧树脂固化反应有很大影响,即使对于同一种环氧树脂来说,不同固化剂含量的固化物的性能也有差异。表2为EC-1、EC-3、EC-4、EC-5、EC-6五种体系浇铸体的力学性能表。基于上述耐热性考察,EC-3除了具有较高耐热性外,该体系也具有较优的拉伸和弯曲等综合力学性能,能够满足RTM树脂体系要求。而对于EC-1、EC-4、EC-5、EC-6体系,由于固化剂的不足或过量,引起了固化物交联密度不同程度的降低,因此树脂体系综合性能低于EC-3体系。
3结论
(1)本文通过对普通双酚A型环氧树脂进行改性和添加自制液体胺类固化剂的方法,制备出了一种RTM环氧树脂体系,该体系粘度较低,能够满足RTM工艺性能要求;
(2)通过添加不同含量固化剂,研究了固化剂含量对RTM环氧树脂耐热性和浇铸体力学性能的影响。当固化剂含量较低或较高时,环氧树脂体系Tg均较低。树脂与固化剂最佳配比为100∶31时,此时的玻璃化转变温度最大,约为92.4℃。此外,该环氧树脂体系也具有较好的综合力学性能。
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