摘要：本文研究了環氧樹脂改性雙酚A型氰酸酯樹脂體系的物理性能、反應性以及E-玻璃布和T-300復合材料的力學材料的力學性能和介電性能。
關鍵詞：氰酸酯樹脂　環氧樹脂　復合材料
ABSTRACT　This paper discusses the physical property and activity of bisphenol-A cyanate ester system modificated by epoxy resin. Dielectric and mechanical properties of composite material made by E-glass fibercloth and T-300 fiber are discussed.
1　前　言
　　氰酸酯樹脂(CE)以其優異的介電性能和良好的力學性能、耐熱性和耐濕熱性廣泛應用于高性能結構/功能材料領域，如先進復合材料樹脂基體、雷達天線罩和高速數字印刷電路板等方面〔1-3〕。在大量商品化的氰酸酯樹脂中主要以雙酚A型氰酸酯樹脂為主，因為它合成工藝簡單，原材料價廉易得。其主要缺點是樹脂固化物的脆性較大，制得的復合材料預浸料的鋪覆性差。為此，需對其進行增韌改性。
　　目前主要用橡膠彈性體〔4〕(如天然橡膠、氯丁橡膠、聚異戊二烯、端羧基丁腈等)、熱塑性樹脂〔5〕(如聚碳酸酯)、聚砜、聚醚醚酮、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚丙烯酸酯及聚酯等)、熱固性樹脂〔6〕(如環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、帶不飽和雙鍵的化合物如苯乙烯、丙烯酸酯、不飽和聚酯樹脂等)以及不同結構的氰酸酯樹脂單體共混或共聚來實現對氰酸酯樹脂的增韌〔7〕。環氧樹脂是一種工藝性和力學性能優異的樹脂，本研究是用它改性氰酸酯樹脂，在保持氰酸酯樹脂介電性能和耐熱性下降幅度較小的前提下使其工藝性和韌性得以改善。2　實驗部分
2.1　原材料
　　實驗所用原材料主要有雙酚A型氰酸酯樹脂(BCE)，自行合成；F-644酚醛環氧樹脂，工業品，無錫樹脂廠；E-51環氧樹脂，工業品，無錫樹脂廠；丙酮，工業品。
2.2　樹脂的制備及性能測試
　　將BCE和環氧樹脂按不同的比例進行混合，加熱到110 ℃～120 ℃預聚10 min～15 min，倒出冷卻至室溫便得到改性的氰酸酯樹脂體系。
　　經優化后確定了兩個配方：
　　配方Ⅰ：E-51環氧樹脂：BCE=30∶70
　　配方Ⅱ：F-644環氧樹脂：BCE=30∶70
　　樹脂的溶解性試驗是將樹脂按1∶1比例溶于丙酮、乙醇溶劑中，放置在錐形瓶中觀察樹脂溶液是否有混濁、分層現象發生。
　　樹脂的凝膠時間測試是將5 g樹脂倒入試管中，在某一特定溫度下測定其剛好凝膠為止的時間。
2.3　復合材料的制備及性能測試
　　將樹脂和丙酮按配比1∶1配制成溶液，用碳纖維T-300進行纏繞和涂刷在E-玻璃布上，制得預浸料，待揮發份小于1%后鋪層壓板，壓制工藝為在130 ℃停留15 min加全壓，壓力P=0.7 MPa，固化工藝為130 ℃/2 h+150 ℃/2 h+180 ℃/2 h+200 ℃/2 h，緩慢冷卻至室溫脫模。然后再在220 ℃后處理10 h。緩慢冷卻到室溫后在切割機上裁剪成所需尺寸的試樣。
　　在DL-1000B電子拉力機上按GB 3357-82和GB 3356-82分別測試層間剪切性能和彎曲性能；在ZD10/90材料試驗機上按GB 1447-83測試拉伸性能；在XCJ-40沖擊性能試驗機上測試沖擊性能，試樣尺寸為55 mm×6 mm×2 mm。
　　復合材料的耐濕熱性測試是將層間剪切試樣放在100 ℃的蒸餾水中，測定復合材料在不同時間下的吸水率和強度變化情況。
3　結果與討論
3.1　樹脂的物理性能
　　BCE樹脂在常溫下為熔點是80 ℃左右的白色至淺黃色結晶，當和少量環氧樹脂經過一定溫度和時間預聚后所得樹脂為淺棕色透明粘稠狀物，溶于丙酮、乙醇等普通溶劑，與其它樹脂如不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等具有良好的相容性，它們的貯存穩定性良好，在室溫下可存放3個月其性能變化較小。
3.2　反應特性
　　氰酸酯樹脂受熱后可直接發生聚合反應形成三嗪環，它與環氧樹脂發生共聚反應，生成氰脲環、異氰酸酯環、唑烷環及三嗪環等，它們的反應機理非常復雜，主要反應式如下：

    圖1是樹脂在不同溫度下的凝膠時間曲線，可看出樹脂在120 ℃下的反應性較小，凝膠時間在60 min左右。在120 ℃～150 ℃之間，凝膠時間隨著溫度的升高而急劇下降，這表明在此溫度范圍內凝膠時間對溫度比較敏感。當溫度超過160 ℃后，隨著溫度的升高，凝膠時間繼續下降，但下降幅度較小。另外，配方Ⅱ的反應活性大于配方Ⅰ，這主要是由于酚醛環氧樹脂結構中所含的環氧基的數目較多，容易交聯所致。
3.3　復合材料的性能
　　以E-51環氧樹脂改性的BCE為樹脂基體制備的碳纖維和玻璃纖維復合材料預浸料具有良好的鋪覆性和貯存穩定性。表1列出了以配方Ⅰ為基體的復合材料性能，可看出它具有優異的力學性能、耐熱性和耐濕熱性；E-玻璃布和T-300的層間剪切強度分別為43.6 MPa和96.8 MPa，拉伸強度分別為357 MPa和1380 MPa，彎曲強度分別為533 MPa和1970 MPa；在150 ℃下和經過100 h水煮后的層間剪切強度保持率均大于80%。它們可用于成型航空航天等性能要求較高的復合材料構件。
4　結　論
　　以環氧樹脂改性BCE所得樹脂在常溫下為淺棕色透明粘稠狀物，溶于丙酮、乙醇等普通溶劑，它們和其它樹脂有良好的相容性，有室溫下存放3個月后其性能變化較小。以此樹脂為基體制得的復合材料預浸料具有良好的鋪覆性和貯存穩定性，復合材料板材具有優異力學性能、耐熱性和耐濕熱性。bsp;