活性稀释剂含量对VARTM树脂工艺性能的影响.pdf

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1、第2 8 卷第5 期 2 0 0 7 年5 月 纺织学报 J o 哪a lo f7 r e x m eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 5 M a v2 0 0 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 5 0 0 3 2 0 3 活性稀释剂含量对V A R T M 树脂工艺性能的影响 耿伟1 ，张国利2 ( 1 天津工业大学纺织学院，天津3 0 0 1 6 0 ；2 天津工业大学复合材料研究所，天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要为降低E 5 1 环氧树脂体系的反应活性和黏度，采用在E 5 l 环氧树脂中添加适量活性稀释剂以及在低分子

2、量聚酰胺固化剂中混入适量改性胺固化剂的方法，配制了基于双酚A 型E 5 1 环氧树脂为基体的v A R T M 工艺用环 氧树脂体系，同时对不同活性含量的v A R T M 树脂的工艺性能及浇铸体的力学性能进行了测试研究。结果表明，减 少低分子量聚酰胺固化剂的用量及在一定范围内增加改性胺固化剂的用量可有效降低树脂体系的低温反应活性， 活性稀释剂含量的多少不仅影响树脂体系黏度高低，而且影响到其浇铸体力学性能。 关键词 复合材料；真空辅助树脂传递模塑工艺；浇铸体；活性稀释剂；力学性能 中图分类号：T B 3 3 0 1文献标识码：A E 翻F e c to fa c t i V ed i l u

3、e n tc o n t e n to nt h et e c h n o l o 西c a lp r o p e r t i e s o fV A R T Mr e s i n G E N GW e i l Z H A N GG u o l i 2 ( 1 & b o Z 矿7 f 玎部，彬nP o 掘如n 玉觇瑙渺，彬n3 0 0 1 6 0 ，饥i 船； 2 c 0 ，印o s 扛胁e o r 砒胁t 豇沈，彬nP D 加8 如n 把觇璐蚵，彬n3 0 0 1 6 0 ，劬i M ) A b s t r 觚tI no m e rt od e c r e a s et h ec h e I

4、 l l i c a lr e a c t i v i t ya n dv i s c o s i t yo fE 51e p o x yr e s i n ，a I la c t i v ed i l u e n tw a s a d d e dt oE 51e p o x vo nac e n a i nI n a s sc o n c e n t l a t i o na n ds o m em o d i f i e da r I I i n eh a r d e n e rw a si n c o I p o r a t e di n t o t h el o w 1 0 1 e c

5、 u l a rp o l y a l i d eh a r d e n e rd u I i n gp I e p a m t i o no fb i s p h e n o lAe p o x yl l e s i nb a s e dV A R T Mr e s i n T h e t e _ e h n o l o 西c a lp r o p e r t i e so fV A R r I Mr e s i na n dm e c h a n i c a lb e h a v i o r so ft h ec u r e dr e s i n 诵t hd i f f e r e n t

6、a c t i v e d i l u e n tc o n t e n t sw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r T h ee x p e m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tr e d u e i n gt h ec o n t e n to f 1 0 wm o l e c u l a rp o l v a m i d ea n di n c r e a s i n gt h ec o n t e n to fm o d i f i e da r I l i n et os o

7、 m ee x t e n tcane f f e c t i v e l yl o w e rt h e l o wt e m p e r a t u r er ；e a c t i v i t vo fr e s i ns v s t e m I n a d d i t i o n ，b o t ht h ev i s c o s i t yo ft h er e s i na n dt h em e c h a n i c a l p m p e n i e so ft h ec u r e dr e s i na r ea f 玷c t e db va c t i v ed i l u

8、 e n tc o n t e n t K e yw o r d sc o m p o s i t e ；V A R T M ；c u r e dr e s i n ；a c t i V ed i l u e n t ；m e c h a n i c a lp r o p e 唧 V A R T M 是一种使用由单面金属底板和弹性真 空袋组合而成的闭模模具，借助负压抽吸作用驱动 树脂流动的低成本液体模塑成型技术二。在 V A R 7 I 、M 充模过程中，由于树脂的最大驱动压力仅为 1 个大气压，与正压驱动的刚性金属闭模R T M 成型 工艺相比，V A R T M 成型模腔内树脂的流动速度相

9、对 较慢，因此，为提高v A R T M 成型过程中树脂的流动 速度，确保树脂能够充分浸润模腔内的增强纤维预 成型体，目前除使用树脂快速分配和短流程浸润技 术外心j ，控制所用树脂体系黏度和凝胶时间是保证 V A R T M 制品尺寸和树脂浸润质量的重要方法。 由于高性能承力复合材料制件多选用环氧树脂 为基体材料，因此研制适宜V A R T M 工艺用环氧树 脂体系是其应用的关键。近年来国外对V A R T M 工 艺用环氧树脂进行了合成及改性等方面的研究，以 降低黏度和固化温度，延长树脂凝胶时间，提高树脂 力学性能，并已商业化生产多种高性能环氧树脂3 。， 但因存在成本较高的问题，不利于V

10、A R T M 工艺的 推广应用，为此，本文选用通用的双酚A 型E 5 1 环 氧树脂为基体，利用树脂复配工艺方法，配制了适宜 收稿日期：2 0 0 6 一0 8 3 0修回日期：2 0 0 7 0 1 1 1 基金项目：天津市教委基金资助项目( 0 2 3 6 0 4 8 1 1 ) 作者简介：耿伟( 1 9 6 4 一) ，男，讲师，硕士。主要研究方向为纺织结构复合材料加工技术。E m a i l ：g w 6 4 0 5 y e a h n e t 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to

11、 remove the watermark 第5 期耿伟等：活性稀释剂含量对V A R T M 树脂工艺性能的影响 3 3 V A R ，I M 工艺用的环氧树脂体系，并对其工艺和浇铸 体的力学性能进行了研究。 1实验部分 1 1 材料 E 5 1 型环氧树脂，环氧值0 4 9 ，天津合成材料研 究所生产；5 0 l 型单环氧稀释剂，天津合成材料研究 所生产；T Y 3 0 0 型低分子量聚酰胺，胺值2 8 0 ，天津 燕海化工有限公司生产；T M 型改性胺固化剂，胺值 3 0 0 ，天津燕海化工有限公司生产。 1 2 仪器与设备 N D J - 7 9 型旋转式黏度计，同济大学机电厂生 产；

12、C S 5 0 1 型恒温水浴，南通科学仪器厂生产；D s c 7 型差式扫描量热仪，美国P E R K I NE L M E R 公司生产； A G - 2 5 0 K N E 型万能材料实验机，日本岛津公司生 产；K i n gs u n yD P l 0 型真空干燥箱，重庆精信仪器有 限公司生产；浇铸体成型组合式金属模具，自制。 1 3 性能测试 树脂黏度按G B T1 2 0 0 7 4 1 9 8 9 规定的方法测 试；凝胶时间按G B ，T1 2 0 0 7 7 1 9 8 9 规定的方法测 试；树脂浇铸体拉伸强度按G B T2 5 6 8 1 9 9 5 规定的 方法测试；树脂浇

13、铸体弯曲强度按G B T2 5 7 0 1 9 9 5 规定的方法测试。 1 4 浇铸体制备 根据混配比例，将称量好的E 5 1 型环氧树脂、 5 0 l 型单环氧稀释剂、T Y 3 0 0 型低分子量聚酰胺和 T M 型改性胺固化剂于烧杯中进行均匀混合并置于 真空干燥箱中真空脱泡1 5I l l i n ，将处理好的树脂混 合液体倒入已预热的组合式浇铸体成型金属模具 中，在烘箱中依设计的温度曲线进行固化成型，待其 自然冷却到室温，脱模即得所需结构尺寸的浇铸体。 2 结果与讨论 2 1 固化剂含量对树脂流变性能的影响 根据氨基氢与环氧基物质的量比应为l ：l 的胺 类固化剂固化环氧树脂的理论计

14、算式，并考虑到低 分子聚酰胺的加入量可调幅度大及V A R T M 工艺用 树脂体系黏度低的特点，经计算确定了如表1 所示 的4 种不同配方的V A R T M 工艺用树脂体系，同时对 其在3 5 条件下的凝胶时间与黏度进行了测试。 由表1 所示结果可知，当3 0 0 。低分子聚酰胺在树脂 体系中的质量比由2 5 减到1 0 ，且T M 型改性脂肪胺 所占质量比相应的由5 增加到1 5 时，树脂黏度与树 脂固化反应速率均有不同程度的降低。与v M l 配 方相比较，V M 4 配方的凝胶时间增加了近5 0 ，达 到1 2 6I I l i n ，而其黏度降低2 0 7 ，达到11 0 0n 1

15、 P a s 。 这主要是由于体系中黏度和反应活性均高于T M 型 改性脂肪胺的3 0 0 ”低分子聚酰胺含量降低所致。 根据V A R r I M 工艺适宜用树脂凝胶时间不小于2h H J ( 在2 5 的温度条件下) 的技术性能标准，确定树脂 与固化剂的最佳质量比为m ( E 5 1 型环氧树脂) ： m ( 3 0 0 。低分子聚酰胺) ：m ( T M 型改性脂肪胺) = 1 0 0 ：1 0 ：1 5 。 表1 、傀R 喇树脂凝胶时间与黏度测试结果 T a b 1 协t 懈I l l 协o f 薛It i I m 锄I d 订s c o s i 留f o rV A R T Mr 鹤i

16、 I l 2 2 活性稀释剂含量对树脂黏度的影响 由表1 可知，在3 5 的温度条件下，不同比例 的E 5 1 型环氧树脂、3 0 0 低分子聚酰胺和T M 型改 性脂肪胺直接混配所得的树脂体系黏度均高于 10 0 0r ，此s ，如将此高黏度树脂体系直接应用于 V A R 删注胶工艺中，不仅导致树脂流动速度较慢， 而且会影响到树脂对纤维预制件的浸润质量，因此 为降低树脂的黏度，在该体系中添加了一定比例的 5 0 1 型单环氧活性稀释剂。为确定活性稀释剂的有 效添加量，不同温度条件下，对V M 4 配方中添加不 同量活性稀释剂的树脂黏度进行了测试，结果如 图l 所示。可以看出，随着活性稀释剂添

17、加量的增 加，树脂体系的黏度逐渐降低。在2 5 的温度条件 下，当活性稀释剂质量分数分别为5 、1 0 、1 5 、 2 0 时，与未添加活性稀释剂的树脂相比，黏度分别 降低3 9 1 、6 4 3 、7 0 0 、8 4 5 ，达到7 0 0 、4 1 0 、 3 5 0 、1 7 5r 】 l P a s ，根据V A R T M 工艺用树脂体系黏度 低于5 0 0m P a s 4 。的技术要求，并考虑到尽可能地保 持原有树脂体系的力学性能，确定5 0 1 型单环氧活 性稀释剂添加比例范围为1 0 1 5 。 2 3 稀释剂对浇铸体力学性能的影响 2 3 1 树脂固化工艺的确定 为确定V

18、 M 4 配方树脂体系的固化工艺，在不同 升温速率条件下，采用动态D s C 法对V M 4 树脂体系 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 4 纺织学报 第2 8 卷 2 02 53 03 54 04 55 0 温度， 图l活性稀释剂含量与树脂黏度关系 F i g 1R e l a t i o n s h i po ft h ea c t i v e d i l u t ec o n t e n t w i t hr e s i nv i s c

19、o s i t y 固化放热峰曲线的峰始温度、峰顶温度和峰终温度 进行测试，实验结果如表2 所示。利用T B 外推 法b 1 求得其近似胶凝、固化和后固化温度分别为 5 4 、1 0 5 、1 7 0 ，在此基础上，确定V M 4 树脂体系固 化工艺为7 5c c ，2h + 1 1 0 ，2h + 1 7 0 3h 。 表2V M 4 配方树脂体系D s c 测试结果 T a b 2D S Ct e s tr 盼山to f 4r e s i n 2 3 2 活性稀释剂含量对浇铸体力学性能的影响 表3 为不同活性稀释剂含量对浇铸体拉伸强度 和弯曲强度的影响。可以看出，当活性稀释剂的添 加量不超

20、过8 时，与未添加活性稀释剂的浇铸体 相比，其拉伸强度和弯曲强度降低幅度较小；当活性 稀释剂的添加量到1 0 、1 5 时，与未添加活性稀 释剂的浇铸体相比，浇铸体拉伸强度分别降低 8 3 、9 6 ，弯曲强度分别降低1 4 5 、2 3 9 。 表3 稀释剂含量对浇注体力学性能的影响 T a b 3E f f e c to ft h ed i l u t ec o n t e n to nt h em e c h a n i c a l p r O p e r t i e sO fc u r e dr e s i n 由于活性稀释剂的加入，降低了浇铸体的分子 交联密度，因此浇铸体拉伸强度和弯

21、曲强度随着活 性稀释剂添加量的增加面降低。综合考虑V M 4 配 方树脂体系的工艺性能和力学性能，确定活性稀释 剂的添加量为1 0 。 3结论 1 ) 在基于通用的E 5 1 型环氧树脂的v A R T M 工 艺用树脂体系中，通过在3 0 0 ”聚酰胺中混用一定比 例的低黏度T M 型改性脂肪胺固化剂，可有效地降 低该树脂体系的黏度和低温反应活性，并使其凝胶 时间指标达到v A R T M 工艺的要求。 2 ) 在2 5 的温度条件下，当E 5 1 型环氧树脂、 3 0 0 ”聚酰胺和T M 型改性脂肪胺混合体系中的活性 稀释剂添加量达到或超过1 0 时，其黏度值可较好 地满足V A R T

22、 M 工艺性能的要求。 3 ) 当活性稀释剂添加量达到或超过1 0 时，随 着活性稀释剂添加量的增加，由于树脂固化物交联 密度的降低，浇铸体拉伸强度和弯曲强度逐渐降低。 4 ) 在V M 4 配方树脂体系中，综合考虑V A R T M 工艺用树脂的低黏度工艺特性和浇铸体力学性能， 确定活性稀释剂的添加量为l o 。黼 参考文献： D e p a s eE d o a r d oP ，H a y e sB d a nS ， J a m e sC I n t e r l a y e r t o u g h e n e d v a r t m c o m p o s i t e su s i n g

23、p r e f o 咖e dp a r t i c l e t o u g h e n e d t a c k i f i e r s lC ，S t e v eL D u d ， s u s a nI o u d A d v a I l c i n g A f f o r d a b l eM a t e r i a l s T e c h n o l o g y S e a t t l e ： W o o d h e a dP u b l i s h i n g “m i t e d ，2 0 0 1 ：1 3 7 9 一1 3 8 7 W a l s hS h a wM A p p 啪t

24、 u ra n dm e t h o d f o r s e l e c t i v e l y d i s t r i b u t i n ga n dc o n t r o l l i n g am e a n sf o ri m p r e g n a t i o no f 胁r o u sa n i c l e s ：u sP a t e n t ，2 0 0 2 ，0 0 1 5 5 1 8 6A 1 P 2 0 0 2 1 0 2 4 李小兵，孙占红，曹正华真空辅助成型技术及其配套 基体树脂研究进展 J 热固性树脂，2 0 0 6 ，2 1 ( 5 ) ：3 9 4 3 E r i

25、 cNG i l b e n ，B a nSH a v e s ，J a m e sC C h a r a c t e r i z a t i o n ， o fV A R T Mr e s j nc a n d i d a t e sf o rc o m m e r c i a I a i r p l a n e a p p l i e a t i o n s c ，& e v ek u d ， s u s a nL 。u d ， A d v a n c i n g A f f o r d a b l e M a t e r i a l s T e e h n o l o g y S e a

26、 t t I e ：W o o d h e a d P u b l i s h i n gL j m i t e d ，2 0 0 l ：1 3 6 8 一1 3 7 8 乌云其其格3 2 3 3 树脂及其碳布复合材料的性能研 究 J 纤维复合材料，2 0 0 4 ，2 l ( 4 ) ：6 8 枷 瑚 啪 啪 鲫 枷 枷 一嚣山8)世桴 J 1Jj 1Jj 1 2 3 4 5 r L r l r l r L r L 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark