纤维缠绕工艺用中低温固化树脂体系研究

纤维缠绕工艺用中低温固化树脂体系研究

徐淑权赵耀辉白焘罗俊杰尹亚阁卓毅

西南技术工程研究所重庆400039

摘要：本文通过测试树脂体系黏度特性、凝胶特性和力学性能，研究了DMP-30用量和复合稀释剂配比对缠绕树脂体系性能的影响，优选了一种试用于缠绕工艺的中低温固化树脂体系。

关键词：缠绕；固化；树脂体系

StudyonMediumLowTemperatureCuringResinSystemfor

FilamentWindingProcess

Xushuquan，Zhaoyaohui,Baitao,Yinyage,Zhuoyi,Luojunjie

（SouthwestInstituteofTechnologyEngineering,Chongqing400039）

Abstract:Bymeasuringtheviscosity,gelpropertiesandmechanicalpropertiesoftheresinsystem,theeffectsofDMP-30dosageandcompounddiluentratioonthepropertiesofthewindingresinsystemwasstudied.Amediumlowtemperaturecuringresinsystemwasoptimizedforwindingprocess.

Keywords:winding;curing;resinsystem

纤维缠绕成型被认为是快速制造高性能复合材料的方法之一，其制备的复合材料箱体的性能不仅取决于制品的结构设计因素，以及各组分性能，还取决于纤维与树脂基体间的界面性能[1,2]。随着纤维性能的提高，开发适合于缠绕的高性能树脂基体，提高纤维强度的转化率，已成为研究领域的一个热点[3]。

目前，纤维湿法缠绕成型所用树脂体系多在高温下固化成型，固化周期长，能源使用费用高，从而导致产品成本偏高[4]。本项目综合考虑树脂体系的黏度工艺性、固化特性、固化物力学性能等方面，研究一种适用于箱体湿法缠绕工艺用中低温固化树脂体系。

1实验部分

1.1实验原材料

环氧树脂E-51；固化剂MeHHPA；活性稀释剂208和669；促进剂DMP-30。

1.2方法

按表1中的缠绕配方配置树脂胶液，放入冰箱中备用。

1.2.1黏度特性研究

采用NDJ-5S型旋转黏度计测试树脂体系的黏度，测试温度为30℃，每隔2min记录一个黏度值。

1.2.2凝胶特性研究

参照GB/T7193.8-87，采用平板小刀法，测试树脂体系在70℃、80℃、90℃、100℃、110℃和120℃下的凝胶时间。

1.2.3树脂固化物力学性能研究

拉伸性能按国标GB/T2567-2008执行，拉伸速率为2mm/min；弯曲性能按国标GB/T2567-2008执行,弯曲速率为2mm/min。

2结果与讨论

2.1DMP-30用量对树脂体系性能的影响

2.1.1DMP-30用量对黏度特性的影响

在相同温度下，树脂体系相同时间内随促进剂DMP-30用量的增加，其黏度增长速度也随之增加（详见图1）。可见，促进剂DMP-30可有效促进树脂体系的反应，其中CR1、CR2、CR3和CR4的初始黏度分别为412mPa·s、419mPa·s、428mPa·s和441mPa·s，经过8h后，其黏度分别变为760mPa·s、809mPa·s、931mPa·s和1023mPa·s，可见四组配方的黏度及树脂胶液操作期均满足缠绕工艺要求。

图1等温黏度图

2.1.2DMP-30用量对凝胶特性的影响

各组配方在不同温度下的凝胶时间如图2所示，随着促进剂DMP-30用量的增加，相同温度下树脂体系的凝胶时间随之缩短，表明DMP-30能很好的促进树脂体系的反应，降低固化温度、缩短固化时间。而且温度越高，分子运动越激烈，碰撞反应的机会越多，宏观表现为温度越高，凝胶时间越短。温度在70℃~80℃时，凝胶时间均在1h以上，温度在90℃~120℃时，凝胶时间迅速缩短，120℃时凝胶时间甚至缩短为几分钟。由此可知，树脂体系在70℃以下反应相对较缓，有相对较长的适应期；在90℃以上，则反应比较迅速，是比较理想的中低温固化树脂体系。

2.2稀释剂配比对树脂体系性能的影响

综合考虑黏度工艺性、凝胶特性和固化物力学性能可知，CR4的相对性能最优。所以接下来以CR4作为对比配方，研究稀释剂的配比对树脂体系性能的影响。具体配方见表3。

2.2.1稀释剂配比对

图3稀释剂配比对黏度特性的影响

2.2.2稀释剂配比对凝胶特性的影响

稀释剂配比对树脂体系凝胶特性的影响见图4。由图可知，CR5的凝胶时间相对CR4来说要稍长些，CR6则相反。稀释剂配比的改变，虽然改变了树脂体系的凝胶特性，但改变量不大，各配方树脂体系仍可在中低温下固化成型。

3结论

相比而言，配方CR6综合性能最优，8h后黏度在1000mPa·s左右，满足工艺对树脂黏度和适应期的要求，而且凝胶特性满足中低温固化要求，是一种比较理想的缠绕工艺用中低温固化树脂体系。

参考文献：

[1]陈详宝,包建文,娄葵阳.树脂基复合材料制造技术[M].北京:化学工业出版社，2000。

[2]陈祥宝.先进复合材料低成本技术[M].北京:化学工业出版社，2000。

[3]谢霞,邱冠雄,姜亚明.纤维缠绕技术的发展及研究现状[J].天津工业大学学报，2004,23(6):19-22。

[4]黎昱,陈维强,林大庆等.缠绕成型复合材料壳体及基体改性研究[J].宇航材料工艺，2009,5:61-64。