1  引言
    樹脂傳遞模塑（RTM）是80年代引入我國的一項低成本、高效率生產復合材料的技術，由于具有增強材料可設計性強，能結合纖維編織及預成型技術制造復雜形狀的制件，制品尺寸精度及表面光潔度高，工作環境好，能耗低、工藝適應性強等一系列優點而得到迅速發展。21世紀初，RTM技術將成為先進復合材料制造領域中的主導工藝之一。RTM成型制品質量好壞，性能高低及工藝上的可操作性如何與RTM所選樹脂有密切關系。因此，研究RTM適用的樹脂基體便顯得尤為重要。RTM用樹脂體系應滿足①低粘度，浸潤性杯，便于樹脂在模腔內順利均勻地通過并浸漬纖維；②固化放熱峰低，以100-180℃為宜；③活性高，凝膠時間和固
化時間短，但在注射時又要有較長的適用期；④樹脂系統不含溶劑，固化時無低分子物析出，同時又適宜增加填料，尤其是樹脂消泡性要好；⑤收縮率低，以保證制品尺寸準確，且所需的樹脂應為預促進型。本研究采用粘度較小的液體酸酐類固化劑，既可滿足RTM工藝要求低粘度樹脂體系的特點，又能有較合理的力學性能。
2  實驗部分
2.1  原材料及設備
    實驗使用CYD-128雙酚A型二縮水甘油醚環氧樹脂,環氧當量為184-200,岳陽石油化工總廠環氧樹脂廠;SHB-590液態甲基四氫苯酐,酸酐當量為166,大連金世紀化工有限公司;EPG-227環氧配套增韌劑,岳陽石油化工總廠環氧樹脂廠;促進劑,自制;T-700S碳纖維,厚度為0.25mm,面密度為200g/m²,日本東麗公司。
    實驗用儀器及設備有NDJ-8S型數顯粘度計，上海精密儀器儀表有限公司；DL-101-35型數顯鼓風干燥箱，天津中環實驗電爐有限公司；SPS4001型電子天平；大稱重40OOg，梅特勒-托利多（常州）稱重設備系統有限公司；110B型馬丁耐熱實驗箱，上海億華達實驗儀器有限公司；CSS-44050型電子萬能試驗機，長春試驗機研究所；DTG50型熱分析儀，日本寶金公司；Quanta400型掃描電子顯微鏡，菲利浦公司。
2.2  澆鑄體的制備及測試
    按配比混合各組分，攪拌均勻后70℃恒溫下靜置一段時間到樹脂體系變得十分清亮時，將該樹脂膠液緩慢而連續的澆入同溫度下預熱好并已涂過脫模劑的模具中（模具預熱前要用沾有丙酮或乙酸乙酯的脫脂棉清理干凈），在數顯鼓風干燥箱中按合適的固化工藝固化。樹脂粘度按GB7193.1標準，采用NDJ-8S型數顯粘度計測試。樹脂澆鑄體拉伸性能按GB2568-81標準，在CSS-44050型電子萬能試驗機上進行測試。馬丁耐熱性按GB2570-82標準，在110B型馬丁耐熱實驗箱中測試。
3  結果與討論
    （l）樹脂固化制度初探
    用DTA測定樹脂的固化放熱曲線，見圖1。所用樹脂配方為環氧100份加固化劑90份及促進劑0.5份，升溫速率10℃/min。

    由圖1可看出，樹脂體系放熱峰拐點對應的溫度為136℃，在171.3℃達到峰值放熱溫度；另一個拐點溫度為216℃，且樹脂體系雖然在50℃既開始反應，但是放出的熱量很少，反應極為緩慢，只有到了個拐點溫度時放熱量才急劇增大，據此信息可制定正交實驗表。
    （2）樹脂配方的確定
    利用三因素三水平正交表L₉（3³）安排樹脂配方及固化工藝制度的實驗。其中以環氧樹脂100份為基礎，固化劑選用3個水平為80份，85份，90份；促進劑選用3個水平為0.1份，0.5份，1.0份；固化制度選用3個水平為90℃/1h＋120℃/2h＋150℃／3h，140℃／4h＋150℃／2h，150℃/3h。測試抗拉強度為考評指標，見表1和表2。

    由表2并根據正交試驗結果可知，促進劑對應的極差R大，可見促進劑對拉伸強度的影響大，為主要因素，固化制度次之，固化劑對拉伸強度的影響小。固化劑用量之所以對拉伸強度的影響小，主要是由于環氧樹脂的環氧當量是一個范圍值，由此計算出的固化劑的量也是一個范圍值，而本文選取的3個水平又都在此范圍內。如果僅考慮固化劑，環氧樹脂與固化劑發生反應形成三向交聯網絡的差異很小，因此對拉伸強度的影響也小。促進劑的用量十分關鍵，用少量，反應緩慢，不能促進反應，使酸酐固化環氧樹脂的反應速度依賴于環氧樹脂中羥基濃度不能生成高交聯密度的產物。用量多，局部反應激烈，固化反應不完全，影響固化物的力學性能。根據表2的k值可得出佳實驗條件是A₂B^₃C₃，即促進劑的佳用量為1份，固化劑為85份，固化制度為150℃/3h，但正交表中并未出現。為了驗證正交實驗得出的結論，又做了A₂B₃C₃實驗，結果該配方的抗拉強度為62.013MP，說明正交實驗得出的結論是正確的。上述分析可以得出，樹脂佳配方及固化工藝制度為環氧樹脂100份，酸酐固化劑85份，促進劑1份，固化制度150℃/3h。
    （3）增韌劑的作用
    由正交實驗確定的樹脂配方的拉伸強度較低。分析其原因可能與固化產物較脆有很大關系。于是考慮加入一種帶有增韌效果的活性稀釋劑，考查其對拉伸強度的影響，結果如表3所示。

    由表3可知，增韌劑的佳用量為10份，至此可終確定樹脂的優配方為環氧樹脂100份，酸酐固化劑85份，促進劑1份，增韌劑10份，固化工藝制度為150℃/3h。加入活性稀釋劑后樹脂強度提高是因為它含有較長的脂肪鏈，而長脂肪鏈具有柔韌性和增塑作用〔4〕，使樹脂澆注體在拉斷前吸收一部分能量。
    （4）樹脂體系的粘度特性
    為了研究所確定的樹脂體系是否滿足RTM工藝的要求，對該樹脂體系的粘度特性進行了測試，結果如圖2，3所示。

    由圖2可知該樹脂體系的起始粘度（25℃）為938mPa.s（小于1000mPa.s），隨著溫度的升高，粘度迅速下降，40℃時已降為161mPa.s,實驗結果顯示，溫度過高，粘度雖然很低，但促進劑促進效果顯著，使樹脂體系在短時間內迅速反應，容易暴聚且對模具耐熱性也提出了很高的要求。又如圖3所示，該樹脂體系在40℃的溫度下有大于4h的適用期，完全可滿足RTM工藝對樹脂體系粘度特性的要求。綜合考慮各種因素，應選40℃作為該樹脂體系的注膠溫度。
    （5）RTM工藝
    采用優選的樹脂配方及固化工藝制度由RTM注射機制造了一塊復合材料平板，制品表面光潔，整體致密，成型中氣泡溢出良好，注射溫度為40℃，注射壓力為0.4一0.5MPa條件下約3一4min充滿了420×450mm的模腔，制品力學性能優良。表4為RTM工藝參數及其制品的力學性能。為了進一步考察樹脂對纖維的浸潤及復合材料界面粘結情況，對短梁剪切斷口進行了掃描電鏡分析，如圖4所示。從圖4可看出，材料破壞后纖維表面粘滿了樹脂并保持著連續相狀態，表明碳纖維與樹脂基體具有很好的浸潤性，纖維分布均勻，沒有貧膠區和富膠區出現。從斷面看，纖維與基體之間幾乎沒有孔隙，說明所研制的RTM樹脂配方對碳纖維的浸潤良好，工藝設計也較好。

4  結論
    （1）采用正交實驗優選出佳實驗條件為A2B3C3該條件下樹脂澆注體的抗拉強度達62.013MPa；
    （2）在佳實驗條件基礎上加入環氧樹脂增韌劑，使樹脂澆鑄體的抗拉強度達到75.325MPa，比原來的抗拉強度提高21％；
    （3）終優選出的樹脂體系，注射溫度下（40℃）粘度較低（161mPa.s），滿足RTM注射工藝要求，力學性能較佳。