摘要：ARS高温耐腐蚀树脂，是一种综合了不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂等优点的，具有耐高温、耐腐蚀、高强度、低粘度、工艺加工性能好、可常温固化、固化无毒性、粘接强度高的一种新型复合材料基体树脂。其中ARS-S，长期使用温度180，短期使用温度200；ARS-L，长期使用温度200，短期使用温度230；ARS-H，长期使用温度230，短期使用温度240；该树脂可制成各种复合材料，被广泛应用于石油、化工、冶金、电力、航天、航空、国防、热交换、制药、给排水、市政工程等行业。
关键词 : 耐腐蚀树脂 高温 复合材料
一．概论
合成热固性树脂作为非金属防腐材料，以其优良的物理力学性能和耐腐蚀、长寿命及便利的加工性能，被广泛应用于石油、化工、冶金、电力、航天、航空、国防、热交换、制药、给排水、市政工程等行业。但是，随着腐蚀与防护的不断发展和工业化程度的提高，防腐材料的应用领域也越来越广，使用工况、介质越来越复杂，使用温度也越来越高，传统的高分子防腐材料已不能满足使用要求。因此，研制新型耐高温耐腐蚀树脂，突破传统材料的使用温度范围，朝较高使用温度发展；提高使用介质的浓度和范围；改善防腐材料的工艺、施工性能（粘度、浸透性、内外固化性能），是国内外防腐材料的发展趋势。
新材料、航空、航天工业的发展水平不仅是一个国家政治、经济实力的体现，而且航空产品荟萃了当今世界上最先进的科学技术和材料科学的成果，是对一个国家新材料的科技开发和应用水平的最好展示。高性能的树脂基纤维复合材料在航空、航天工业中占有不可缺少和极其重要的地位，与铝合金、钢和钛合金三大金属材料共同成为支撑航空、航天事业发展的基石。
因此，具有轻质、高强、高韧性、耐高低温、耐腐蚀、高抗损伤、低湿热环境效应等优异性能的树脂基纤维增强复合材料，得以在航空、航天这一高技术领域大展身手。优化设计的树脂基纤维增强复合材料，具有高比强度和比刚度，可设计性强。抗疲劳断裂性能好、耐高温、耐腐蚀，尺寸稳定性好；以及便于大面积整体加工成形的独特优点，用于航空、航天飞行器结构上，在保证性能指标的前题下，可以大大减轻质量，提高飞行器的综合性能。因此，功能性树脂基纤维复合材料的用量，已成为衡量航空、航天产品先进性的一个重要标志。
高性能树脂，作为树脂基纤维增强复合材料的基体材料，其性能的优劣直接影响着航空、航天材料发展。作为航空、航天结构材料中最重要的机体材料和发动机材料，与化工新材料有着密切的关系。出于对航空飞行及其安全性考虑，航空、航天结构材料的特点是轻质，高强、高可靠性。飞行器作为一个整体，还用到少量非结构材料，如减振、降噪、密封、导电、压电、吸波、屏蔽、阻燃，隔热，隐身材料等，这对化学工业的发展提出了更高要求。大量使用化工新材料不但可以减轻飞行器本身的重量，而且可以增加续航能力和提高航速。铝合金、钛合金和树脂基纤维增强复合材料作为机体主承力结构材料，在导弹、运载火箭和航天器上的应用越来越普遍。利用纤维缠绕工艺制造芳纶/环氧、碳纤维/环氧复合材料固体发动机壳是近代复合材料发展史上的一个重要里程碑，复合材料不仅耐腐蚀、耐高温、耐辐射、阻燃、抗老化，而且经过与纤维复合增强作用使火箭固体发动机壳密度小、刚性好、强度高，而且尺寸稳定；导弹弹头和卫星整流罩、宇宙飞船的防热材料大量采用了碳纤维、高硅氧增强酚醛树脂复合材料；太阳能电池阵基板是由聚酰亚胺薄膜、纤维/环氧树脂网络面板、加强件、边缘件及聚酰亚胺衬套包裹的铝蜂窝夹芯结构。凡此种种，不胜枚举。
二．航空、航天缠绕制品对树脂基体的要求
航空、航天缠绕制品大多采用湿法纤维缠绕，一般要求树脂粘度在1~3Pa.s 范围内，为了得到树脂适用期，缠绕温度、粘度、凝胶时间、固化时间和湿度以及制品性能等的最佳综合平衡，必须优化树脂体系配方，包括固化剂和促进剂的选择以及用量的优化。湿法缠绕用树脂包括环氧、乙烯基酯、不饱和聚酯、酚醛、双马树脂（BMI）以及聚酰亚胺。环氧树脂是目前应用最广的树脂体系，尤其在航空航天工业领域内占有绝对的优势。但随着使用温度要求的提高，耐热更高的BMI和聚酰亚胺等高性能树脂应用也越来越多。
2．1耐高温纤维缠绕玻璃钢用树脂规范
树脂的物理性能 表1

粘度（缠绕温度下的粘度：厘泊） ≤2500
使用寿命（加过催化剂 ，在缠绕温度下的使用寿命：小时 ） ≥12
存放期（未加催化剂，在室温下的存放期限：月） ≥12
固化温度 （℃） ≤260
固化时间（小时 ） ≤16
热扭变温度（℃） ≥246


2．2纤维缠绕玻璃钢单向环的力学和物理性能要求

纤维缠绕玻璃钢单向环的力学和物理性能 表2
环向抗拉强度 未浸水
（MPa） 在沸水中放置2小时 1033.41
未浸水强度的95%
初始弹性模量（MPa） 5.03×104
层间抗剪强度 （MPa） 48.23
比重 2.0±0.2
玻璃含量（重量百分数） 80±2


2.3树脂基体存在的不足之处
环氧树脂由于性能优异，数十年来一直是火箭发动机壳体用复合材料树脂基体的主体，预计今后相当长时间内仍将如此。这些年来曾经历过刚性环氧--柔性环氧--刚性环氧的再认识过程，但居主导地位的一直是刚性双酚A二缩水甘油醚的环氧混合物。环氧树脂的固有缺点是耐冲击损伤能力差，耐热性能也较低(小于170℃)，火箭发动机在高速下飞行，外表面必须良好绝热，以防御气动加热影响，这样则加大了发动机的惰性质量。为了适应航空航天领域日益苛刻的要求，多年来各国都在努力改进环氧树脂性能，例如提高韧性或耐热性，以便于开发同高性能增强材料（如芳纶、碳纤维等）相匹配的树脂体系，以不断提高发动机的性能。但总结起来，大都是在保证环氧树脂优异的工艺性的前提下，实现环氧树脂的多官能化，以改善其固化物的耐热性和粘接性。
总之复合材料已成为宇航工业中不可缺少的关键材料。因此，致力于开发各种高性能树脂，意义重大。
目前，国内外防腐、航空、航天等领域所采用的高性能树脂基合复合材料还比较单一，主要以不饱和聚酯、乙烯基树脂、韧性环氧树脂、双马来酰亚胺树脂材料为主。但这些材料均不同程度的存在不足之处。如不饱和聚酯，脆性大、使用温度低、粘接强度低；乙烯基树脂，虽然具有韧性好，粘接强度好、固化后毒性小等优点，但存在使用温度低的缺点；环氧树脂，虽然具有韧性好，粘接强度高等优点，但存在耐侯性差，易粉化，粘度大，浸润性差，在较高温度下，承受较强腐蚀介质（如较强酸、碱和溶剂等）的能力较差，固化体系毒性大，固化周期长，后加工费用高等缺点。双马来酰亚胺树脂，虽然具有较高使用温度和机械性能，但存在固化温度高，熔点高，溶解性差，脆性大等缺点。
因此，开发具有高强度、低粘度、耐高温、耐腐蚀、无毒性、加工性能好，工艺性能好，可室温固化的高性能树脂意义重大。
三．新型复合材料基体树脂—ARS 高温耐腐蚀树脂研制情况简介
陕西艾瑞斯新材料科技有限公司是一家新兴的，集研发、生产为一体的科技公司，ARS系列高温耐腐蚀树脂是该公司经过潜心研究开发成功的一种新型耐高温、耐酸碱和有机溶剂腐蚀的树脂，该系列树脂采用自主研制的催化剂、异构剂和独特的树脂生产工艺，不但大大简化了工艺流程、缩短生产周期，而且在树脂合成过程中，充分利用化学反应产生的热量，大大节约了能源，同时在树脂合成过程中，无“三废”产生。该系列树脂不但综合了不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂的优点，而且具有耐高温、耐腐蚀、高强度、低粘度、工艺加工性能好、可常温固化、固化无毒性、粘接强度高等优点。其中ARS –S，长期使用温度180℃，短期使用温度200℃；ARS –L 长期使用温度200℃，短期使用温度230℃；ARS –H，长期使用温度230℃，短期使用温度可达240℃。
四．ARS 高温耐腐蚀树脂与目前现有材料性能对比
ARS系列高温耐腐蚀树脂与环氧树脂、双马酰亚胺树脂等的性能相比，具有其独到之处。
4.1耐温性能
耐温性能 表3

名称 长期使用温度℃ 最高短期使用温度℃，2hrs 热变形温度℃，1.8MPa
不饱和聚酯 60 100
环氧树脂 80 100~120
酚醛树脂 100 120~150
呋喃树脂 80 120~140
乙烯基树脂 100 120 106~160
均苯型聚酰亚胺 260 450 360
可熔性聚酰亚胺 200 280
聚酰胺-酰亚胺 220 270 280
聚醚亚胺 170 200 190
双马来酰亚胺 180 200
ARS-S 180 200
ARS-L 200 230
ARS-H 230 240


4.2树脂室温固化周期
树脂室温固化周期 表4

树 脂 类 别 常温自然固化时间（昼夜）不少于，天
环氧树脂 15*
酚醛树脂 20*
环氧呋喃树脂 30*
不饱和聚酯树脂 15
双酚A型不饱和聚酯树脂 20
乙烯基树脂 20
HCGP高温耐腐蚀树脂 7


注：1.*表示室温固化毒性大；
2. 酚醛、环氧、呋喃宜进行热处理固化；
4.3与基体材料粘结强度及附着力比较

粘结剂 水玻璃 酚醛胶泥 呋喃胶泥 环氧树脂 ARS-S树脂
粘结强度 MPa 2～2.5 2.5～5 4 5.6 7.92 (拉伸剪切)
7.79（双面压缩剪切）


与基体材料粘结强度及附着力 表5
4.4耐化学腐蚀性能比较
耐化学腐蚀性能比较 表6

国内乙烯基树脂 国外硬质乙烯基树脂 ARS-S高温耐蚀树脂
浓度
% 温度
℃ 重量损失率
% 浓度
% 温度
℃ 重量损失率
% 浓度
% 温度
℃ 重量损失率 %
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 试剂 常温 -0．36


4.5物理力学性能

物理力学性能 表7

名称 拉伸强度，MPa 弯曲强度，MPa 压缩强度，MPa 冲击强度，KJ/m2 吸水性，%
浇铸体 FRP 浇铸体 FRP 浇铸体 FRP 浇铸体 FRP 浇铸体 FRP
不饱和聚酯 30-40 220-280 50-120 200-310 118-160 140-250 3-5 150-300
环氧树脂 20-80 40-140 127-214 2-8
酚醛树脂 60 30-100 120 3-6
呋喃树脂 210 150 350 190
乙烯基树脂 41.4-90 80-294 75.8-150 180-310 110-150 2-8 75-85
均苯型聚酰亚胺 88.2
可熔性聚酰亚胺 86 3.5 1.2
聚酰胺-酰亚胺 100-120 10 2.5
聚醚亚胺 107 122-163 148 205-235 143 163-183 50-130 60-490 0.75
双马来酰亚胺 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电气性能
电气性能 表8

名称 工频电气强度kv/mm 工频介质损耗因数 工频相对介电常数 体积电阻率Ωm 耐电弧性
s
常态 浸水
24h 常态x10-3 100℃x10-3 常态 100℃ 常态
x1014 浸水
24h 100℃ 浇铸体
不饱和聚酯 18-22 5.0-8.0 3.4-3.7 0.01-1
环氧树脂 12-20 4.9-8.0 3.10-4.5 0.12~1 100-140
酚醛树脂 12-13 100 7.8 0.01
呋喃树脂 17.5 13-40 4.0-7.9 0.02
乙烯基树脂 14-18 13-24 3.14-3.36 10 5-125
均苯型聚酰亚胺 120 1.0
（106Hz） 2-4
（106Hz） 0.1
可熔性聚酰亚胺 28-30 5.0
（106Hz） 3.2
（106Hz） 1-10
聚酰胺-酰亚胺 24 5-9 4.2 10-20
聚醚亚胺 27-28 1.3 3.15 67
双马来酰亚胺 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工艺性能
ARS系列高温耐腐蚀树脂，由于粘度小，浸润性好，因此对各种纤维制品具有良好的浸透性，而且粘度可调节，可使用期（凝胶时间）长。可广泛用于机械缠绕、浇铸、手糊、模压等工艺。
五．HCGP 高温耐腐蚀树脂在高温防腐领域的应用
ARS系列高温耐腐蚀树脂适用于石油化工、冶金、制药、环保等领域高温腐蚀环境。