淺談9A16環(huán)氧樹(shù)脂體系在預(yù)浸料中的應(yīng)用

淺談9A16環(huán)氧樹(shù)脂體系在預(yù)浸料中的應(yīng)用摘要：復(fù)合材料是目前廣泛應(yīng)用的新興材料，一般由基體和增強(qiáng)材料兩大部分組成?；w材料主要起支撐和保護(hù)增強(qiáng)材料的作用；而增強(qiáng)材料是復(fù)合材料的主要承力組分，是復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度的主要來(lái)源。預(yù)浸料，樹(shù)脂基體在一定條件下浸漬纖維或織物制成的樹(shù)脂基體與纖維增強(qiáng)體的組合物，是制造復(fù)合材料的中間產(chǎn)物。熱熔法預(yù)浸料（干法或兩步法）制造的預(yù)浸料因不含溶劑，在復(fù)合材料領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文主要研究9A16環(huán)氧樹(shù)脂體系生產(chǎn)的碳纖維預(yù)浸料的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料、預(yù)浸料、碳纖維、樹(shù)脂、應(yīng)用TalkingAbouttheDevelopmentof9A16EpoxyResinSysteminPrepregYinCui(WeihaiGuangweiCompositiesCo.,Ltd

WeihaiShandong,264200)YinCui

GuoHui

JiangJing

zhangHongchi

SongChanglinAbstract：Compositematerialsarecurrentlywidelyusedemergingmaterials.Compositematerialscannotonlymaintainthemainpropertiesoftheoriginalmaterials,butalsoobtainpropertiesthatarenotavailableinasinglebasicrawmaterialthroughcompositefunctionsandsynergisticeffects,overcometheshortcomingsofasinglematerial,andmeetdifferentrequirements.Productrequirementsforperformanceanduse.Compositematerialsaregenerallycomposedoftwoparts:amatrixandareinforcingmaterial.Thematrixmaterialmainlyplaystheroleofsupportingandprotectingthereinforcedmaterial;whilethereinforcedmaterialisthemainload-bearingcomponentofthecompositematerialandthemainsourceofthestrengthandrigidityofthecompositematerial.Keywords:

compositematerials,prepregs,carbonfibers,resins，applications0引言環(huán)氧樹(shù)脂是聚合物基復(fù)合材料最常用的樹(shù)脂基體，具有工藝性能好、耐腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)，環(huán)氧基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、體育休閑等領(lǐng)域。環(huán)氧樹(shù)脂基體按照固化溫度分為高溫固化環(huán)氧樹(shù)脂基體、中溫固化環(huán)氧樹(shù)脂基體、低溫固化環(huán)氧樹(shù)脂基體。國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹(shù)脂基體性能如下表：類(lèi)別樹(shù)脂基本牌號(hào)性能典型值試驗(yàn)方法及條件高溫固化環(huán)氧樹(shù)脂4211密度（g/cm3）1.23玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃154-170TMA熱變形溫度/℃136-148拉伸彈性模量/GPa2.842泊松比0.409壓縮強(qiáng)度/MPa50.6彎曲強(qiáng)度/MPa60.3平面剪切強(qiáng)度/MPa33.2平面剪切模量/MPa1.17熱膨脹系數(shù)/（10-6/℃）56.820-50℃67.120-100℃62.420-160℃5228密度（g/cm3）1.26玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃220DMA拉伸強(qiáng)度/MPa86GB/T2568-1995拉伸彈性模量/GPa3.5斷裂伸長(zhǎng)率/%3.4F.JN-2-13密度（g/cm3）1.2玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃197DMA彎曲強(qiáng)度/MPa室溫122GB/T2570-1995155℃80壓縮強(qiáng)度/MPa室溫189GB/T2569-1995155℃162壓縮彈性模量/GPa室溫4.8155℃4.0斷裂伸長(zhǎng)率/%4.3GB/T2571-1995介電常數(shù)2.91波導(dǎo)短路法（9.37GHz）介電損耗角正切0.0215288密度（g/cm3）1.26玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃220DMA拉伸強(qiáng)度/MPa98GB/T2568-1995拉伸彈性模量/GPa3.5斷裂伸長(zhǎng)率/%4.35251玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃230DMA介電常數(shù)3.0波導(dǎo)短路法（9.37GHz）介電損耗角正切0.0217黏度/Pa.s20℃3.30-3.4040℃0.50-0.555222密度（g/cm3）1.28GB/T1033-1986玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃258-262扭辮法（2℃/min）拉伸強(qiáng)度/MPa-55℃71.5GB/T1040-1992室溫67.780℃52.0125℃40.0150℃39.0拉伸彈性模量/GPa-55℃4.66室溫3.7780℃3.17125℃2.17150℃2.63斷裂伸長(zhǎng)率/%-55℃1.75室溫1.9980℃1.79125℃1.60150℃1.86泊松比0.443斷裂功（105J/m2）7.3壓縮強(qiáng)度/MPa199.1GB/T1041-1992壓縮彈性模量/GPa3.46壓縮屈服強(qiáng)度/MPa161.9熱膨脹系數(shù)/（10-6/℃）40.692+0.0948tGB/T1036-1989中溫固化環(huán)氧樹(shù)脂3261玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃170DMA拉伸強(qiáng)度/MPa室溫84GB/T2568-199560℃7880℃65拉伸彈性模量/GPa室溫3.060℃2.780℃2.6斷裂伸長(zhǎng)率/%室溫4.260℃4.980℃5.03235玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃≥125DMA拉伸強(qiáng)度/MPa室溫76GB/T2568-199580℃69拉伸彈性模量/GPa室溫3.380℃2.9斷裂伸長(zhǎng)率/%室溫3.480℃3.7斷裂功（105J/m2）室溫15.680℃16.23234密度（g/cm3）1.23拉伸強(qiáng)度/MPa室溫73GB/T2568-199560℃63拉伸彈性模量/GPa室溫3.360℃2.6斷裂伸長(zhǎng)率/%室溫2.860℃3.6YEB-7912密度（g/cm3）1.12-1.16熱變形溫度/℃86-90拉伸強(qiáng)度/MPa86.8-93.1拉伸彈性模量/GPa3.43-3.62斷裂伸長(zhǎng)率/%3.8-4.2沖擊強(qiáng)度/（kJ/m2）19.6彎曲強(qiáng)度/MPa122-1373266密度（g/cm3）1.2拉伸強(qiáng)度/MPa80.58GB/T2568-1995拉伸彈性模量/GPa3.47彎曲強(qiáng)度/MPa151.4GB/T2570-1995彎曲模量/GPa3.77玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃120.5DSCYEW-7808密度（g/cm3）1.14-1.18熱變形溫度/℃93-96拉伸強(qiáng)度/MPa87.7-95.1拉伸彈性模量/GPa3.62-3.82斷裂伸長(zhǎng)率/%3.8-4.0沖擊強(qiáng)度/（kJ/m2）17.6彎曲強(qiáng)度/MPa127-1323218玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃DMA吸濕率/%3.4密度（g/cm3）1.24130℃凝膠時(shí)間/min2-5小刀法拉伸強(qiáng)度/MPa70拉伸彈性模量/GPa3.2斷裂伸長(zhǎng)率/%3.0低溫固化環(huán)氧樹(shù)脂LT-01玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃DMA拉伸強(qiáng)度/MPa53.1GB/T2568-1995拉伸彈性模量/GPa2.82斷裂伸長(zhǎng)率/%2.5彎曲強(qiáng)度/MPa97.4GB/T2570-1995簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度/（J/m2）11.0國(guó)外環(huán)氧樹(shù)脂基體性能如下表：牌號(hào)性能典型值試驗(yàn)方法及條件914密度（g/cm3）1.322℃玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃224DMA揮發(fā)份含量/%＜1150℃凝膠時(shí)間/min43140℃23150℃12160℃7170℃977-3密度（g/cm3）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃干態(tài)218G′,5℃/min干態(tài)226G″,5℃/min干態(tài)240Tanδ，5℃/min玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃濕態(tài)178G′,5℃/min濕態(tài)189G″,5℃/min濕態(tài)190Tanδ，5℃/min長(zhǎng)期工作溫度/℃干態(tài)177濕態(tài)132彎曲強(qiáng)度/MPa144.7±30干態(tài)三點(diǎn)彎曲S/D=16：1彎曲彈性模量/GPa3.79±0.07彎曲強(qiáng)度/MPa69.6±2.8濕態(tài)，121℃

三點(diǎn)彎曲S/D=16：1彎曲彈性模量/GPa2.41±0.1層間斷裂韌性GIc/（J/m2）478±84三點(diǎn)彎曲模式kIc/（MPa/m1/2）1.34±0.158522顏色黃色密度（g/cm3）1.3玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃干態(tài)200RDS-7700濕態(tài)154黏度（70℃）/Pa·s1600-1700凝膠時(shí)間（177℃）/min9-18拉伸強(qiáng)度/MPa121ISOR527Typel拉伸彈性模量/GPa4.7斷裂伸長(zhǎng)率/%4.0斷裂韌性（kIc）/（Ksi·(in)0.5）1.475應(yīng)變能釋放力（GIc）/（J/m2）679.77R6376黏度/（mPa·s）70℃385000145℃6300密度（g/cm3）1.31吸濕率（88℃水浸48h）/%1.7玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/℃224DMA拉伸強(qiáng)度/MPa室溫105121℃75.8拉伸彈性模量/GPa室溫3.58121℃2.48彎曲強(qiáng)度/MPa室溫144121℃133彎曲彈性模量/GPa室溫4.41121℃3.51斷裂韌性（GIc）/（J/m2）420.519A16樹(shù)脂特點(diǎn)和性能9A16樹(shù)脂是一種基于120℃中溫固化的增韌改性環(huán)氧樹(shù)脂體系，適用以碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維及織物為增強(qiáng)材料的預(yù)浸料（熱熔法與溶劑法）。9A16樹(shù)脂具有橡膠般韌性可以防止微裂紋的擴(kuò)散。該樹(shù)脂體系具有良好的耐熱性、抗沖擊強(qiáng)度及抗剝離性，Tg為140℃。9A16樹(shù)脂預(yù)浸料采用熱壓罐法、模壓法、真空袋壓法等成型工藝，制成的復(fù)合材料具有優(yōu)良的韌性、抗沖擊性等綜合性能，適于工業(yè)產(chǎn)品及航空構(gòu)件。29A16樹(shù)脂性能2℃/min升溫粘度曲線如下圖：凝膠時(shí)間如下圖：39A16樹(shù)脂預(yù)浸料的固化條件2.1真空袋成型厚度小于5mm的制品，建議從室溫以1-2℃/min的升溫速率升溫至120℃，在120℃條件下保溫90min，自然降溫至60℃以下脫模。厚度超過(guò)5mm的制品,建議從室溫以0.5-1℃/min的升溫速率升溫至80℃保溫60min，再以0.5-1℃/min升溫至120℃，在120℃條件下保溫90min，自然降溫至60℃以下脫模。注：特別對(duì)厚度超過(guò)5mm的制品，保溫的溫度應(yīng)以制品中間內(nèi)芯溫度為準(zhǔn)，以上固化溫度為建議固化曲線，用戶應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行固化工藝試驗(yàn)，確定適合于用戶自己工藝條件的固化制度。9A16樹(shù)脂在110-150℃范圍內(nèi)均可完成固化，最小固化壓力為0.09MPa。2.2熱壓罐成型進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的層壓板采用熱壓罐成型，真空條件下按2℃/min的升溫速度升至80℃保溫30min，然后按2℃/min的升溫速度升至120℃，保溫90min，當(dāng)溫度達(dá)到85℃內(nèi)開(kāi)始加壓至0.5MPa，全程真空壓力不小于0.097MPa，85℃后罐內(nèi)壓力為0.5±0.02MPa。壓力保持至降溫結(jié)束。49A16樹(shù)脂預(yù)浸料的儲(chǔ)存期、儲(chǔ)存條件和防護(hù)要求9A16樹(shù)脂預(yù)浸料的儲(chǔ)存期：室溫22℃30天冷藏0℃6個(gè)月冷藏-18℃12個(gè)月。9A16樹(shù)脂預(yù)浸料卷應(yīng)密封包裝并在冷藏條件（小于0℃）下儲(chǔ)存。預(yù)浸料在取樣前應(yīng)充分解凍回溫至室溫，解凍過(guò)程中應(yīng)確保預(yù)浸料密封包裝，如果密封袋在被擦干后表面出現(xiàn)霧化，則不應(yīng)將其打開(kāi)。盡可能降低預(yù)浸料在冷藏庫(kù)外的暴露時(shí)間，任何已受潮的或者被污染的預(yù)浸料樣本不應(yīng)再繼續(xù)使用。取樣結(jié)束后應(yīng)將預(yù)浸料重新卷緊密封，放入冷庫(kù)中儲(chǔ)存，避免預(yù)浸料變形、吸潮。9A16樹(shù)脂預(yù)浸料在指定安全措施下使用時(shí)，通常是大致無(wú)害的，但是操作過(guò)程中也應(yīng)采取措施以防止未固化材料接觸皮膚，某些皮膚過(guò)敏人士可能會(huì)受影響。每次工作結(jié)束后，請(qǐng)用肥皂和溫水徹底清洗皮膚，避免使用溶劑。5結(jié)束語(yǔ)作為一種輕質(zhì)、高模、高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料，結(jié)合不同的生產(chǎn)、制造工藝和設(shè)備，樹(shù)脂基預(yù)浸料可以生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品，例如：用熱壓罐工藝生產(chǎn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，也可以用于生產(chǎn)制造衛(wèi)星、雷達(dá)、導(dǎo)彈、火箭等重要軍工產(chǎn)品；用真空袋工藝生產(chǎn)高速列車(chē)、艦艇、游船內(nèi)飾件等；用模壓工藝生產(chǎn)體育休閑用品；用纏繞和卷管工藝生產(chǎn)氣瓶、管件等。為追求更輕、更快、更高的發(fā)展目標(biāo)，不斷提高復(fù)合材料性能、降低預(yù)浸料的成本是預(yù)浸料研究的長(zhǎng)期目標(biāo)和主題。9A16樹(shù)脂作為增韌改性環(huán)氧樹(shù)脂體系，適用以碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維及織物為增強(qiáng)材料的預(yù)浸料（熱熔法與溶劑法）。使制品韌性更好，耐熱性、抗沖擊更強(qiáng)，適用于工業(yè)產(chǎn)品和航空構(gòu)件，