表1列出了力学性能的测试结果。总体而言,固化后Ⅰ号树脂和Ⅱ号树脂的力学性能相当。具体来说,从浇铸体的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度的测试结果看,Ⅰ号树脂的力学性能略低于Ⅱ号树脂,但表征韧性的断裂延伸率和冲击强度则是Ⅰ号树脂略高于Ⅱ号树脂。经分析,树脂的力学性能与其内部分子链中的苯基等刚性基团和树脂内大分子的交联密度相关,如果苯基等刚性基团含量高,则固化后树脂的力学性能会相应提高;另外,高分子的交联密度大,其力学性能也会提高。而这两种因素都会对固化后的环氧树脂的韧性产生影响。从测试结果看,Ⅰ号树脂韧性较好,做为玻璃钢的基体,韧性较好有利于传递载荷、分散应力。
固化后的树脂作为复合材料基体的主要作用是与纤维复合后形成复合材料。当复合材料受到外力时,通过树脂基体的变形可以均匀地将应力传递到每根纤维增强体上,从而满足复合材料的使用要求。只有树脂能很好地浸润纤维,才能确保复合材料的整体优势得以体现。玻璃钢样件的纵、横剪切强度和弯曲强度等宏观性能可以间接地反映树脂和纤维间的界面结合情况。表1中双轴玻璃钢样件拉伸强度和弯曲强度的测试结果表明,由Ⅰ号树脂制备的玻璃钢层合板的双轴纵、横剪切强度和弯曲强度等力学性能值均高于Ⅱ号树脂制作的玻璃钢层合板,说明Ⅰ号树脂与纤维的界面结合性能优于Ⅱ号树脂与玻纤的结合性能。
2.3玻璃化转变温度的测试
图3是两种低粘度环氧树脂玻璃化转变温度(Tg)的测试结果。通过测试软件模拟得出Ⅰ号树脂的Tg为91.38℃、Ⅱ号树脂的Tg为95.30℃。前面的GC-MS分析结果表明,两种低粘度环氧树脂中均含有异氟尔酮二胺(IPDA),该物质是调节固化后树脂玻璃化转变温度的主要成分,同时也会对树脂的力学性能产生影响。Ⅱ号树脂的Tg偏高,说明Ⅱ号树脂的IPDA用量略高于Ⅰ号树脂。IPDA中含有刚性基团,用量增加会提高树脂的刚度,Tg的测试结果与断裂延伸率和冲击强度的测试结果吻合,这是Ⅰ号树脂的性能好于Ⅱ号树脂的原因之一。
2.4树脂粘度-时间曲线的测定
低粘度环氧树脂的主要用途是采用真空灌注工艺生产复合材料的原料。因此,不但要求固化的树脂具有较好的力学性能和耐热性能,同时树脂的粘度和可操作时间也是重要的评价指标。
图4是将低粘度环氧树脂和固化剂混合后的树脂粘度-时间曲线。可以看出,Ⅰ号树脂的初始粘度较Ⅱ号树脂高,且两款树脂的升温速率相当。为了测试生产中的实际升温速率,在室温为26℃的条件下,对比Ⅰ号树脂和Ⅱ号树脂各40kg混配物的温度随时间的变化情况(图5),采用热电偶温度计(分度为1.0℃)测试两桶树脂的升温速率并进行记录(图6)。可以看出,Ⅰ号树脂和Ⅱ号树脂的实际升温速率基本一致。
3·结论
a.从低粘度环氧树脂固化后的力学性能、玻璃化转变温度以及树脂和固化剂混合后的粘度-时间曲线的测试结果看,该国产树脂已经具备与进口树脂相当的使用性能,可以满足实际生产的要求。
b.低粘度树脂的国产化可以大大促进国内纤维/树脂复合材料在真空灌注工艺上的应用进程,同时也将提高我国在这类产品领域的实际竞争能力。基金项目:湖南省重大科技专项资助项目(编号:No.2009FJ1002)。