玻璃纤维%2f环氧树脂预浸料固化过程的流变特性的研究.pdfVIP

玻璃纤维／环氧树脂预浸料固化过程的流变特性研究 谢曼，张佐光，李敏 (北京航空航天大学，材料科学与工程学院，北京100083) 摘要针对树脂基复合材料成型工艺特点，采用平行板动态流变测试方法和差示扫描 量热法(DSC)，研究了玻璃纤维／环氧树脂预浸料的化学流变与固化反应特性，对比了预浸料 和纯树脂在恒温、升温条件下的化学流变特性。研究表明，预浸料的化学流变特性与纯树脂 有明显差异，基于预浸料的化学流变特性分析更能反映实际复合材料制造成型过程中体系的 固化特点。该研究可以为实际复合材料成型工艺的优化提供参考。 关键词复合材料流变凝胶点预浸料固化 0 引言 树脂基体的化学流变性对于复合材料成型工艺具有很重要的意义，然而直接研究预浸料中的基体树脂 会有一定的实际困难，例如很难从预浸料中取出树脂制样等。通常采用研究纯树脂化学流变性的方法来制 定工艺，但实际复合材料中树脂所处的环境与纯树脂体系不同，预浸料中的纤维会在一定程度上抑制树脂的 反应，影响树脂的固化速率，约束树脂的分子运动能力，并影响树脂基体的流变特性，这种方法并不能满足实 际制件的成型要求u-4 J。为了有效地提高复合材料制件质量，有必要研究预浸料的化学流变特性。针对这 一问题，本文研究了玻璃纤维／环氧树脂预浸料的流变与固化反应特性，对比了预浸料和纯树脂在恒温、升温 条件下的化学流变特性。 1实验部分 1．1原材料 酚醛环氧树脂648，由上海树脂有限公司环氧树脂厂提供；固化剂为三氟化硼单乙胺，由北京长阳振兴 x20 化工有限责任公司提供；玻璃纤维由南京玻璃纤维研究设计院提供，型号为SC8—12FE一5，无捻粗纱。 1．2设备 差示扫描量热仪(DSC)，美国科学流变仪器公司生产，型号DSC—SP；流变仪，英国马尔文仪器公司生 Gemini200 产，型号Bohlin Rheometer。 1．3实验方法 预浸料由湿法预浸工艺制备，其中树脂基体用质量比为100：3的648／__=氟化硼单乙胺混合而成。纯树 脂体系由648／三氟化硼单乙胺按100：3质量比混合而成。采用DSC测量预浸料等速升温固化下的热流率， Gemini 升温速率分别为5℃／rain、10。C／min、15℃／min和2℃／rain。采用Bohlin200流变仪平行板测试系 统测量体系不同温度制度下的复合黏度田’随时间的变化曲线，升温固化采用2oC／rain、3。C／min、5。C／min、 10℃／min和15℃／min等速升温制度，恒温固化分别采用90℃、100℃、110 温；典型温度制度是先从室温以2℃／win的升温速率升到90℃，恒温30 温固化。 ·454· 2结果与讨论 2．1预浸料与纯树脂的化学流变特性比较 预浸料的化学流变特性由于受纤维的影响和纯树脂不同呤J。图1和图2分别比较了预浸料和纯树脂在 100 oC恒温固化和5℃／min升温固化下复合黏度(刀’)的变化曲线。其中预浸料的黏度曲线对应左边的纵 坐标，树脂的黏度曲线对应右边的纵坐标。由图可见，预浸料的呀’值比纯树脂高一至两个数量级，这是由于 预浸料中含有大量的纤维使其流变参量值大幅增加。和纯树脂一样，预浸料的固化过程也能从其流变曲线 中清晰地反映出来，这表明可以通过直接研究预浸料化学流变特性的方法来研究预浸料中树脂基体的固化 过程。预浸料和纯树脂流变曲线的变化趋势一致，但凝胶点明显滞后于纯树脂，低黏度平台区明显增长。这 是因为预浸料的化学流变本质是其中树脂的化学流变，纤维并不发生变化，纤维不影响树脂的固化机理，只 是使其中树脂固化过程的时间变长，这给实际固化工艺的操作带来一定的方便。进一步比较不同恒温下纯 树脂和预浸料的凝胶时间，如图3所示，可见恒温温度越高，二者凝胶时间的差别越小，说明高温下对纤维的 影响减小。 80 ：： 60 ：； 娄1：