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环氧树脂和胺类固化剂当量比对固化物性能有哪些影响?

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2015-5-23 11:25:53
环氧树脂和胺类固化剂当量比对固化物性能有哪些影响

环氧固化物在许多工业领域有非常重要的应用价值。使用不同分子结构和不同用量的固化剂能够影响环氧树脂交联网络结构,进而影响环氧固化物的性能。通过对不同TDE-85环氧树脂固化配方体系进行了反应动力学分析,静态和动态力学性能分析,考查固化剂种类和用量对环氧树脂浇铸体和碳纤维复合材料性能的影响。研究发现,含DDS和DETDA体系的固化反应均为接近一级反应, DDS固化剂的反应活化能较高于DETDA固化剂。随着固化剂活泼氢当量与环氧当量比值r的增加,树脂的固化度提高,拉伸强度和伸长率也相应增大,但其模量有所降低。同时,树脂体系的玻璃化转变温度随着r值的增加先升高再降低。实验研究发现,树脂基体模量增加,相应的碳纤维单向复合材料样品的断裂模式从基体破坏为主转变为界面破坏,层间剪切强度也高。随着浇铸体基体模量的提高,复合材料层间剪切破坏模式由基体破坏转为界面破坏。


环氧树脂具有优异的机械性能、耐热性和化学 稳定性,碳纤维/环氧树脂复合材料目前已广泛应用于航空、航天领域,环氧树脂相关产品长期以来被广泛关注和研究 [1~3] 。在碳纤维/环氧树脂复合材料 中,环氧树脂基体起到连接增强体和传递载荷的重 要作用。G.Wacker等研究指出,复合材料的性能很大程度上依赖于纤维和树脂之间的界面层的性能 [4],而界面层的性能与树脂基体模量密切相关 [5] 。对于单向纤维复合材料,其轴向的强度和模 量主要由增强纤维赋予,而其横向力学性能则受制于基体树脂,基体树脂模量越高,在纤维之间传递载荷的效率也越高,环氧树脂基体性能对于复合材料力学性能有很大影响 [6~10] 。环氧树脂交联网络结构决定了树脂基体的力学性能。改变环氧树脂交联网络结构的途径有很多[11,12] ,改变环氧固化剂分子 结构以及用量是一种改变环氧树脂交联网络结构实 用性较强的方式。 虽然树脂基体性能对于纤维复合材料性能的影响已经引起相关研究人员的广泛关注,但目前还缺 乏有针对性的实验研究。本文选用两种不同化学结构的胺类固化剂,通过改变固化剂当量比的途径,调控环氧树脂力学性能,考察了环氧树脂与胺类固化剂配比对树脂及单向碳纤维复合材料力学性能的影响.


(1)DDS/TDE-85体系由于固化剂中强吸电子基团的存在,固化反应活化能高于detda/TDE-85体系,两种体系的固化反应均接近一级反应; (2)在DDS/TDE-85体系和DETDA/TDE-85体系中,随着固化剂的活泼氢当量与环氧当量比值r的增加,固化样品的表观固化度提高,r超过0.75以后固化度的的提高幅度变小。树脂基体的模量随着r值的增大有所降低,而拉伸强度和伸长率则相应提高,其玻璃化转变温度随着r值的增大先升高后降低; (3)在两种树脂/固化剂体系中,树脂基体模量增加时,相应的T800碳纤维单向复合材料层间剪切强度提高,复合材料样品的断裂模式从基体破坏转变为界面破坏。