预聚合对RTM用环氧树脂性能的影响

     树脂传递模塑（简称RTM）工艺是近年来发展起来的一种先进复合材料低成本制造技术。由于RTM工艺具有污染小、成型效率高、制品尺寸精度高、投资少效率高以及制品纤维体积含量高等特点，被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。RTM工艺是闭模成型工艺，只有一步浸润过程，所以RTM工艺对树脂要求较高。不但要求树脂有好的综合力学性能，而且也要有好的低粘度工艺窗口（＜800mPa·s），因此RTM用树脂的研究成为RTM工艺发展的一个关键。本文针对RTM用树脂的要求，研究开发了一种RTM用环氧树脂体系，并探讨了将固化剂预先加入到环氧树脂中的预聚合对体系粘度及力学性能的影响，为今后RTM工艺窗口的调节提供了一种思路。
1  实验部分
      1.1  原材料及仪器设备
      实验用原料为环氧树脂A，普通双酚A型环氧树脂改性制得，环氧值0.56，粘度1300mPa·s（250C）；固化剂，改性胺类固化剂B，自制，活泼氢当量60，粘度60mPa·s（25℃）。
       实验用仪器为DV-Ⅲ粘度计，美国BROOKFIELD工程实验室公司；电热鼓风烘箱CS101-2A，重庆实验设备厂：万能材料实验机IN-STRON-1121，英国INSTRON公司；
      1.2  浇铸体制备和性能测试
         
    
       按表1的比例，将少量固化剂B预先加入到环氧树脂A中，在80℃下搅拌4h，然后在室温下放置ld后使用。按照体系未发生反应的环氧基数量，分别加入一定量的固化剂B，搅拌均匀，真空脱泡20min，将其浇铸到预先涂有脱模剂的模具中，放入烘箱中按固化工艺固化，自然冷却后脱模。浇铸体的拉伸、弯曲性能测试分别参照GB/T 2568-1995、GB/T 2570-1995执行。
2  结果与讨论
     2.1  环氧树脂体系粘度特性
       图1所示为室温下，自制RTM用环氧树脂体系的粘度随时间的变化关系曲线。从图1可以看出，环氧树脂体系的起始粘度度较低，为270mPa·s左右，随着时间的增加，粘度缓慢上升，2. 6h左右粘度开始迅速增加，此时的体系粘度为775 mPa·s，可见该树脂体系2.6h内具有较好的工艺窗口。
2.2  预固化对环氧树脂体系粘度的影响
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       图1所示为室温下，自制RTM用环氧树脂体系的粘度随时间的变化关系曲线。从图1可以看出，环氧树脂体系的起始粘度度较低，为270mPa·s左右，随着时间的增加，粘度缓慢上升，2. 6h左右粘度开始迅速增加，此时的体系粘度为775 mPa·s，可见该树脂体系2.6h内具有较好的工艺窗口。
       2.2  预固化对环氧树脂体系粘度的影响
      
      图2所示为将少量固化剂B预先加入到环氧树脂A中，环氧树脂本体及环氧树脂体系的粘度变化曲线。从图2可以看出，随着固化剂添加量的增加，树脂本体粘度增加速度快于树脂体系，当固化剂添加量为3.2wt%时，此时本体粘度已经超过了4000 mPa·s，而环氧树脂体系粘度仅为630mPa·s。此外，当固化剂添加量＜1.2wt%，固化剂添加量对环氧树脂本体及体系粘度影响都较小。这可能是由于当固化剂添加量较小时，固化剂在树脂中分散较均匀，与树脂的预固化也较均匀，致使本体及体系粘度变化都比较小；而当固化剂添加量增加时，容易引起树脂局部固化度较大，反应不均匀，致使整体粘度增大，而就体系而言，由于大量低粘度固化剂的加入，使初始粘度降低较大。
       2.3  预固化对环氧树脂体系力学性能的影响
          
    
      表2所示为预加不同含量固化剂的环氧树脂体系力学性能数据表。从表2可以看出，当预加固化剂添加量增加时，环氧树脂体系力学性能呈降低趋势，但是当固化剂添加量为1.2wt%，环氧树脂体系整体力学性能有所提高。这可能是由于预固化对环氧树脂本体交联网络不同导致而成。
3  结论
      (1)通过对双酚A型环氧树脂进行改性，制备了一种RTM用环氧树脂体系，该体系起始粘度较低．为272mPa·s ,2.6h内具有较好的工艺窗口；
      (2)通过预先在树脂本体内加入少量固化剂的方法，研究了预固化对环氧树脂体系的粘度和力学性能的影响。随着固化剂添加量的增加，树脂本体粘度增加速度快于树脂体系，但当固化剂添加量<1.2wt%，固化剂添加量对环氧树脂本体及体系粘度影响都较小。这为RTM工艺窗口的调节提供了一种思路；
      (3)当预加固化剂添加量增加时，环氧树脂体系力学性能呈降低趋势，但是当固化剂添加量为1.2Wt%，环氧树脂体系整体力学性能有所提高。