固化制度对环氧树脂复合材料气瓶的影响

      为了制造环氧树脂复合材料气瓶，最近专家采用多种方法研究按不同升温制度固化的复合材料气瓶用环氧树脂基体的反应固化度、玻璃化转变温度(Tg)以及其力学性能，以考察固化温度对树脂基体性能的影响，并对2种固化制度各自优缺点进行了对比分析。结果表明：加上促进剂可有效降低固化反应温度，80℃固化8h固化度可达95%以上。同130℃固化4 h结果相似，试验证明该基体配方可以作为高性能湿法缠绕复合材料气瓶用树脂基体配方。专家由此表示，固化制度对树脂复材气瓶影响直接。
       固化制度对树脂基体性能的影响体现在何处？DDM属于芳香胺类固化剂，其熔点为89℃，理论上与环氧E-51在达到90℃条件，加热熔融混合才能得到较好的力学性能，在100℃以上其固化反应才能完全，而本实验中130℃固化的树脂与80℃固化的树脂相比固化度却差别不大，这是因为一方面体系中加入了一定量的促进剂，而促进剂能降低固化反应过程中所需的活化能，使固化反应能在较低温度下进行，并能加快反应速度、降低固化反应放热峰。因此本实验环氧E-51/DDM体系的固化反应在远低于100℃时仍能正常进行。
       另一方面树脂在80℃下固化保温时间为8h，而FHl30在130℃下保温时间只有4h。理论上讲在一定范围内，时间和温度具有等效性，也就是说在较低温度下延长固化时间，依然能得到在较高温度才能达到的较为充分的固化，在有促进剂存在条件下更能体现这-点。即使在较高温度下，若时间保持过短，树脂依旧得不到更为充分的固化。本实验2种固化制度下的浇铸体固化度皆大于95%，反应都较为完全，说明2者的固化时间是充足的。分析还可预测在不影响树脂性能的前提下，130℃的保温时间仍有可缩短的空间，今后通过实验可对此进行验证。
       在一定温度范围内随着固化温度的升高，树脂耐热性随之增加但其力学性能并不会随之增大，反而还可能降低。基于上述分析，可以说一定的固化性能可以在低温长时间获得，也可以通过高温短时间获得，至于采用那种方案由具体生产实践确定。高温短时间固化会使固化物内应力增加并且分布不均，从而使力学性能下降，但采用低温长时间固化则要占用更多生产时间，效率下降。就本实验的树脂基体配方来讲，若在低温下能达到较好固化性能要求的话，则从降低固化炉要求方面考虑，应采取第1种固化制度，即60℃/2 h+80℃/8 h较为合适；若对树脂耐热性能及韧性有更高要求或者要求较短的生产周期，则选择第2种固化制度。由此可见高Tg和高力学性能是可通过不同的固化方式获得的，这就是材料性能的工艺可设计性。