環氧樹脂具有優良的特性，無論在高新技術領域、通用技術領域還是在國防軍工或民用工業等國民經濟的各個方面都能看到其蹤影。環氧樹脂隨分子量的增加其形態由液體變為固體，不同形式的環氧樹脂可以應用在不同領域，其中液態樹脂是制作纖維增強塑料（玻璃鋼）的重要原料，其粘接強度高、固化收縮率小、穩定性好、耐腐蝕性優良、電絕緣性優良及固化物和復合材料機械性能優良，被廣泛應用于航天、航空領域及民用行業中，在國民經濟中占有重要的地位。為適應一些復材加工工藝，近年來液態環氧樹脂對低粘度的要求越來越突出。通常應用較多的有雙酚F型環氧樹脂，常溫粘度約為3Pa?s；高端的有氫化雙酚A型環氧，粘度與雙酚F型相當，但凝膠時間更長。但這些環氧樹脂價格相對較高，實際工業應用中為了獲得低粘度可以采取在通用環氧樹脂中添加稀釋劑的方法來實現。本文考察的兩種環氧樹脂體系粘度較低，室溫下在300mPa?s附近。
    DMA是研究材料粘彈性的重要手段，它可測得材料的剛度和阻尼隨溫度、頻率或時間的變化規律，且該方法所需試樣很少，測試時間短，并能在很寬的溫度和頻率范圍內進行連續測試，對研究復合材料動態力學性能十分有意義。本文即采用DMA對環氧樹脂固化物的粘彈變化作出分析，考察不同體系、不同固化溫度下所研究樹脂體系的動態熱力學性能差異。
1  實驗部分
1.1  原料及樣品制備
    實驗所用原料為環氧樹脂SPM，進口；環氧樹脂ZZA,自制。
    將環氧樹脂與固化劑分別按相應比例混合，使用高速攪拌器攪拌均勻。脫除樹脂中含有的氣泡后注入事先涂有脫模劑的標準模具中，按設定溫度計時間進行固化后，脫模，打磨，加工成所需尺寸大小的樣品進行DMA測試。
1.2  測試分析
    使用動態機械分析儀DMA2980，美國TA公司。采用雙懸臂、定頻率方法測量，升溫速度為3℃／min，振幅為10μm。
2  結果與討論
2.1  環氧樹脂固化物熱力學特性
    環氧樹脂固化物明顯的特點是具有粘彈性，力學性能受時間、溫度、頻率影響。作為結構材料使用時，材料粘彈性中的彈性部分，要求材料在使用的溫度和頻率范圍內有較高的儲能模量；材料粘彈性中的粘性部分，將吸收的機械能或聲能部分地轉變為熱能散逸掉。環氧樹脂固化物的動態力學性能與其高分子聚集態、力學狀態有關，其玻璃化轉變、結晶、交聯、取向等結構變化是分子運動狀態的反映。環氧樹脂固化物的宏觀物理性能是由其力學狀態和熱轉變溫度決定的，通過DMA的分析能夠反映其內部分子運動，準確的檢測其模量變化，研究其性能及應用范圍。其中損耗因子曲線的峰值是目前檢驗高分子聚合物玻璃化溫度（Tg）精確的手段之一。
    按照DSC測試所得結果設定固化工藝是使用熱固性樹脂制作復合材料時較為常用的方法。我們將SPM,ZZA兩種樹脂按其DSC測試所得的固化放熱峰的起始、峰值、結尾三個溫度設定加熱固化工藝，分別在三個溫度下固化處理2h-2h-4h，對固化產物進行DMA測試，圖1、圖2中列出了測試譜圖。
   
    
    從圖1、圖2可見，兩種樹脂固化物體系的DMA曲線具有相同的趨勢，其中儲能模量曲線隨溫度的升高逐漸降低，直到超過其玻璃化轉變溫度后其彈性特性消失；損耗模量隨處理溫度的升高逐漸增加，隨著儲能模量迅速降低其曲線達到了峰值，而后下降；損耗因子（tanδ）曲線也較簡明，隨著溫度的升高在Tg處出現峰值后迅速降低。
    兩種環氧體系有以上變化規律是由于環氧樹脂固化后所形成的是非晶態高聚物，其運動單元具有這種變化：當溫度較低時，由于松弛時間t_鏈段》固定視察時間（1/ω），鏈段運動被凍結，材料表現出高玻璃態，具有較高力學性能；隨著溫度的升高，t_鏈段減?。划敎囟茸銐蚋邥r，t_鏈段《1/ω,即鏈段運動處于自由狀態，材料表現出高彈態，期間，當t_鏈段≈1／ω時對應的溫度就是玻璃化轉變溫度。
    圖1、圖2所示兩種低粘度環氧樹脂體系在升溫過程中雖然表現出了相同的變化趨勢，但是其耐溫性明顯不同。其中SPM的固化物Tg＝102. 02℃，高于ZZA固化物的76.14℃，從而較ZZA體系具有更好的高溫適用性。在溫度較低的范圍內，SPM的儲能模量能夠在達到80℃時仍沒有過多損失，而ZZA固化物在60 ℃以后其儲能模量迅速降低。從圖可見，在50℃以下的溫度范圍內ZZA固化物的力學性能與SPM固化物性能相當或略高，其長期使用溫度不宜超過60℃。
2.2  不同樹脂固化物tanδ分析對比
    通過對比損耗因子曲線變化情況，我們進一步分析兩種體系在不同固化條件下的耐熱性及阻尼性。分別將兩種體系在兩種固化條件下固化，條件一為按DSC所測結果進行固化，條件二為常溫放置22h，60℃下固化15h。
   
    從圖3可見，相同樹脂體系在不同的固化條件下得到的固化物的tanδ曲線具有明顯差異。其中ZZA固化物的兩曲線覆蓋面積相近，峰值高度相近，僅在峰值的溫度上有較小差距。按照條件一制得的固化物tanδ峰值溫度為76.14℃，略高于按條件二制得的72.61℃。這是由于條件一固化溫度在后期會超過100℃，比條件二的固化溫度高所致。從SPM固化物的tanδ曲線能看到相似的結果，只是按條件一固化得到的固化物tanδ峰值溫度遠高于按條件二固化得到的產物，這進一步說明固化溫度對固化物性能的影響。從圖3中也可以看到，在較低溫度的狀態下，兩體系固化物tanδ曲線值均較低，材料體現為玻璃態，阻尼性能差，相比較來說ZZA固化物阻尼性優于SPM。
2.3  不同固化時間tanδ分析對比
   
    環氧樹脂固化物的各種性能與固化溫度固化時間密切相關，固化溫度高有利于反應進行的更加徹底，使得在一定時間內體系內所有的環氧基團消耗殆盡，這樣可得到較好的耐熱性，即Tg較高。同時，固化物的耐熱性能與固化時間有關。即使體系內環氧基團反應程度達到99 %以上的時候，增加溫度不會使其耐熱性發生顯著變化，但是延長固化時間會得到耐熱性更好的固化物。為了考察ZZA體系在怎樣的溫度下可以得到較高的反應程度，我們對不同固化溫度下得到的固化產物做了耐熱性對比分析。表1中寫明了具體實驗條件及得到的相應Tg值，圖4中對比了四種條件下tanδ曲線的情形。
   
    從圖4可見，不同固化溫度下得到的ZZA固化物tanδ曲線十分接近，只有70℃下固化得到的固化物tanδ曲線峰值略低，而整體看各曲線趨勢，峰值溫度相差很小，從表1的Tg數據也能看到60~90℃的固化溫度范圍內，固化物Tg范圍為72.51~74.17℃。這種結果說明，在此固化時間內，改變固化溫度對產物耐熱性沒有顯著影響，其內部環氧基團已經基本反應完全。欲改變固化物耐熱性可以通過調節固化時間來實現。在實際應用過程中，可以采用較低固化溫度（即60℃或更低），同時調節固化時間的方法來得到具有較理想耐熱性的固化物，這樣可以降低固化過程的能耗。
3  結論
    (1)通過DMA分析可以得到環氧樹脂固化物粘彈性、耐熱性方面的信息；
    (2)自制的ZZA環氧樹脂體系與進口SPM環氧體系相比，其固化物在較低溫度下阻尼性略高、儲能模量略高，耐熱性明顯偏低；
    (3)提高固化溫度對提高環氧樹脂固化物耐熱性有利。環氧樹脂內部環氧基團反應完全后，固化溫度的變化對Tg影響較小，可以通過調節固化時間來得到不同Tg的固化物。