（中航復合材料有限責任公司， 北京 10030）

液體成型技術是一種近年來飛速發(fā)展的低成本高效率復合材料技術，適用于大面積復雜構件整體成型，具有低成本、表面質量高、尺寸精度高等特性，目前是航空航天及其他工業(yè)領域復合材料構件成型的主要工藝之一[1]。RTM （Resin Transfer Molding）即樹脂傳遞模塑成型是液體成型技術的典型代表，其成型方法是將預成型體鋪放在模具型腔內，抽真空以排除氣體，適當加壓將RTM樹脂注入到閉合的模腔內，進行固化。RTM技術在軍用航空領域已廣泛應用于次承力整體結構[2-4]。

RTM成型樹脂要具有較低的粘度和長的操作期，經(jīng)過多年的技術發(fā)展，國外開發(fā)了適用于液體技術的EP2000 、Cycom 890、RTM6等系列專用樹脂，并成功得到應用[5]。RTM技術在國內研究和發(fā)展起步較晚，在飛機上應用較少，但近幾年來隨著復合材料在飛機結構上的應用推廣，國內在預研課題中也開始了對RTM用樹脂及應用進行了探索和研究，積累了樹脂研制、模具設計、工藝優(yōu)化等制造經(jīng)驗，成功研制了雙馬液體成型樹脂體系，在多個型號上進行了考核驗證。本文開展研制了一種低粘度、長適用期的RTM工藝用高性能環(huán)氧樹脂[6]，以滿足型號對材料選用低成本、長壽命、輕重量和高可靠性的設計需求。

1 試驗部分

1.1 主要材料與試劑

雙縮水甘油胺環(huán)氧樹脂A、B(上海合成樹脂廠生產)；固化劑組分(中航復材自制)；稀釋劑(中航復材自制)；碳布U-3160、CF3031(威海拓展纖維有限公司生產)。

1.2 樹脂及復合材料的制備

按比例稱取環(huán)氧樹脂A、B，加熱熔融均勻，加入稀釋劑；在反應釜內高速攪均勻；加入固化劑組分，攪拌10min，即得環(huán)氧樹脂基體BA9914e。

將環(huán)氧樹脂和增強材料通過RTM工藝制備復合材料。

1.3 測試與表征

DSC分析：NETZSCH DSC 204 F1分析儀；

流變性能分析：GEMINI200分析儀，升溫速率5℃/min；

DMA：NETZSCH DMA 242C分析儀，升溫速率5℃/min。

復合材料力學性能采用GB標準進行試驗件制備和性能測試。

2 結果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂基體性能

2.1.1 樹脂DSC分析

將BA9914e樹脂在不同的升溫速率（2.5℃/min、5℃ /min、10℃ /min、15℃ /min）下做 DSC 測試，得出其特征溫度，其中升溫范圍為26～300℃。

表1為不同升溫速率下環(huán)氧樹脂基體的DSC結果，可以看出特征溫度（起始反應溫度和峰值溫度）隨著升溫速率的增加而提高，擬合曲線見圖1，外推得到升溫速率為0℃/min時的起始反應溫度為139℃，峰值溫度為 166℃[7]。

2.1.2 樹脂耐溫性能

將BA9914e樹脂在真空烘箱中加熱至80℃，真空脫泡30min后，按以下固化工藝進行固化: 90℃/1h、120℃ /2h、150℃ /1h、180℃ /4h、然后冷卻至室溫，制得樹脂澆鑄體。樹脂固化后玻璃化轉變溫度Tg達到208℃，具有較高的耐熱性。

環(huán)氧樹脂體系中的縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂是2種多官能團環(huán)氧樹脂，與高效的多官能固化劑反應后生成具有高交聯(lián)密度的聚合物，使得樹脂體系具有高的耐熱性[8]。

表1 不同升溫速率下環(huán)氧樹脂的DSC結果

圖1 不同升溫速率下BA9914e環(huán)氧樹脂DSC特征溫度擬合曲線Fig.1 Fitting curves of DSC properties at different heating rate

2.1.3 樹脂流變性能

由圖2環(huán)氧樹脂粘度-時間曲線看出，在80℃的溫度下，環(huán)氧樹脂BA9914e具有較長的窗口期，樹脂從開始到240min這段時間，粘度從150mPa·s增大到了 180mPa·s，到 420min 時，粘度才增大到 288mPa·s，整個過程中此樹脂一直保持低粘度，符合RTM工藝特性。

圖2 樹脂粘度-時間曲線Fig.2 Viscosity along with time change

圖3 樹脂粘度-溫度曲線Fig.3 Viscosity along with temperature change

圖3為樹脂的粘度-溫度曲線，可以看出，隨著溫度的上升（室溫～80℃），樹脂粘度逐漸降低；溫度繼續(xù)上升（約80℃～165℃范圍內），樹脂體系粘度增加不大；當溫度達到170℃以上時，樹脂固化反應加劇，樹脂粘度增大；至180℃以上，樹脂固化。這種流變特性使樹脂在較寬的溫度下和很長的時間內具有足夠低的粘度，能充分浸潤預成型體，滿足大型、復雜構件的成型要求[9-10]。

2.1.4 樹脂澆鑄體性能

樹脂澆鑄體的力學性能如表2 所示，QY8911-IV是國內較為成熟的RTM專用雙馬樹脂，可以得出，BA9914e環(huán)氧樹脂體系的力學性能（拉伸強度）相對更高，原因可能是樹脂體系采用了固化收縮率更小的A、B組分，這是雙酚A型雙馬無法比擬的，這樣就降低了固化物的殘留收縮應力，增強了澆鑄體的抵抗應力開裂的能力[8]。

表2 樹脂澆鑄體性能

2.2 復合材料性能

2.2.1 復合材料的制備

將碳纖維按照一定鋪層，預先鋪覆于模具內，當模具溫度升至80℃時，將樹脂注入，完成充模，按照樹脂澆鑄體的固化工藝進行固化，自然冷卻至室溫，脫模。

2.2.2 復合材料性能

表3所示的結果是RTM工藝制備的U-3160/BA9914e和CF3031/BA9914e復合材料溫室下力學性能，從中可以看出，制備的復合材料具有優(yōu)良的力學性能。

表3 制備的復合材料力學性能MPa

3 結論

以雙縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂為主要原料合成的BA9914e樹脂具有適宜的流變特性，工藝窗口期達7h以上，適合低成本RTM整體成型工藝；樹脂耐熱溫度較高，Tg達到208℃；樹脂澆鑄體拉伸、彎曲性能較雙馬QY8911-IV樹脂性能高。將BA9914e樹脂和碳纖維經(jīng)RTM工藝制備的復合材料具有優(yōu)良的力學性能。

參 考 文 獻

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