復材氣瓶用環氧樹脂固化制度下性能(一)

    樹脂基復合材料由于其比強度、比模量高,膨脹系數低、耐腐蝕、電絕緣等優點,在航空航天船舶等尖端工業得到廣泛應用,并在汽車、建筑、體育制品等領域有廣泛應用。尤其是在壓力氣瓶方面的發展更是迅速,復合氣瓶的商業用量不斷增加。通過紅外光譜、DMA、力學測試等理化分析手段,對復合材料氣瓶用E-51/DDM環氧樹脂體系在不同固化制度下固化所得澆鑄體進行研究,分析了固化制度對樹脂性能的影響,為環氧樹脂在復合材料氣瓶上的應用奠定-定的基礎。
    一、引言
    在樹脂基復合材料中樹脂起到連接纖維、傳遞應力的作用,因此樹脂性能的好壞直接影響到復合材料的整體性能。樹脂性能本身受很多因素的影響,如原材料、配比、工藝成型、固化條件等,其中固化是成型工藝中重要的環節。樹脂固化就是高分子材料的交聯反應,即樹脂由線形分子結構變成網狀大分子結構。同樣的樹脂體系在加熱固化時,因固化時間、固化溫度的不同可以形成物理力學性能不同的、甚至是差異很大的分子結構。時間短或溫度低、樹脂無法完全固化,而時間過長或溫度過高則造成不必要的能源浪費,甚至會損傷其性能。另外樹脂的選定準則-般是以其延伸率略高于纖維的延伸率而達到佳匹配,以犧牲其他條件為代價而獲得遠高于使用要求的延伸率實際上是-種性能浪費。因此根據具體使用要求尋求佳的固化升溫制度顯得極為必要。
    二、實驗過程
    1、原材料
    混合環氧樹脂:自制;芳香胺類固化劑:化學純,上海三愛思試劑有限公司生產;促進劑:上海三愛思試劑有限公司生產。
    2、樹脂體系DSC熱分析
    按環氧樹脂:固化劑:促進劑=110:35:0.5配比配制膠液,分別在不同升溫速率下測定樹脂的固化放熱情況(儀器為德國產PE-7系列差動掃描量熱分析儀)。根據DSC分析曲線,反應放熱峰皆在80℃左右開始啟動,并經回歸分析得出在l℃/min升溫速率下,熱峰溫度為128℃。因此實驗取80℃與130℃為固化溫度高點,制定2個固化升溫曲線,并制備出澆鑄體,研究不同固化制度下樹脂性能,對2種固化制度進行了比較。
    3、澆鑄體試驗
    (1)澆鑄體制備
    將按配比配制好并經真空脫泡的膠液澆人事先涂有脫模劑并預熱過的鋼模具型腔內,除去膠液中的氣泡,分別按照2種不同的升溫曲線升溫固化,冷卻脫模后經打磨得到2種澆鑄體FH80和FHl30,對其進行性能測試。
    (2)澆鑄體性能測試
    固化度測試:用溶劑萃取法,按GB/T2576-1989進行。
    分子結構分析:用紅外光譜法進行測定。
    力學性能測試:拉伸試驗按GB/T2568-1995,彎曲試驗按GB/T2570-1995進行。 

    玻璃化轉變溫度:采用動態模量分析法。升溫速度5℃/min;動態測試應力8.0×104Pa;靜態測試應力1.0×105Pa;測試頻率1.0Hz。
    4、試驗儀器設備
    PE-7系列熱分析儀:德國生產。紅外光譜儀:PEKIN-ELMER2000FT-IR型,德國產。INSTRON4505型萬能材料試驗機,英國英斯特朗公司產。