1、 http:/低粘度环氧树脂的性能研究及其测试结果低粘度环氧树脂(主要用于真空灌注工艺，所以也可以叫低粘度灌注环氧树脂)是复合材料的基体树脂，与各种纤维复合后形成的复合材料具有较高的力学性能1-4。目前，能用于真空灌注的树脂主要有环氧树脂、不饱和聚酯和乙烯基树脂，其中环氧树脂因具有较低的体积收缩率、较好的韧性和优异的力学性能而在航空/航天工业、船舶/海洋工业和电力工业等多个领域获得了广泛应用。国外开发低粘度环氧树脂已有几十年的历史，而国内的相关工作则刚刚起步，国内目前主要是进口国外的低粘度环氧树脂5。由于进口的低粘度环氧树脂价格昂贵，近几年国内也开始研究和试生产这种低粘度环氧树脂。但是国外的技
2、术封锁影响了对低粘度环氧树脂基本性能的了解，使得国产低粘度环氧树脂的使用在技术安全性方面存在一定风险。下面从组成成分、基本力学性能和工艺性能等方面对两种低粘度环氧树脂(I 号为国产树脂，号为进口树脂)进行对比和分析，目的是获得低粘度环氧树脂的特性，为国内更广泛开发和使用低粘度环氧树脂提供依据。1试验1.1 材料、设备和仪器(1)材料a.号树脂：号树脂和固化剂的质量比为 100：30。b.号树脂：号树脂和固化剂的质量比为 100：32。(2)设备和仪器a.7890A-5975c 气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦公司。b.CMT5105 万能拉力机：美特斯公司。c.SNB-1 旋转粘度计：上海尼润
3、智能科技有限公司。d.NETZSCHSTA449C 型差示扫描量热仪(DSC)：瑞士梅特勒-托利多公司。1.2 试验方法1.2.1 气相色谱-质谱联用仪的分析条件(1)色谱条件a.进样口温度为 250。b.程序升温过程：柱初温为 50，保持 1min;随后以 10/min 的速度升温至 280，并保持 20min。http:/c.载气：高纯氦气，载气流速为 1.0mL/min。d.分流进样：分流比为 50：1，进样量为 1L。(2)质谱条件a.温度：GC-MS(质谱仪)接口温度为 280，离子源温度为 230。b.电离方式：EI。c.四级杆温度：150。d.扫描模式：全扫描模式。e.检测分子质
4、量数范围：1.61050amu。f.溶剂延迟时间：3min。g.质谱谱图检索库：NIST05 质谱库。1.2.2 树脂浇铸体和玻璃钢样件的制备及其力学性能的测试(1)树脂浇铸体将未加固化剂的低粘度环氧树脂和组装好的模具在 40的烘箱中放置 1h;将低粘度环氧树脂和固化剂按比例配好并搅拌均匀后放入真空脱泡箱内，在真空度达到-0.1MPa 的条件下脱泡 15min，脱泡完毕后缓慢放气，将胶液引流注入到浇铸体模具中，然后再将浇铸体模具放入真空脱泡箱脱泡 15min，脱好泡的浇铸体放入烘箱中，按设定的加热程序进行加热固化。制备好的试样在万能拉力机上按国标 GB/T25672008 测试浇铸体力学性能。
5、(2)玻璃钢样件树脂是玻璃钢的基体材料，对玻璃钢样件进行力学性能测试可考察树脂与玻璃纤维复合状况的好坏。采用真空灌注工艺制备玻璃钢样件，将 6 层双轴纤维布(45，800g/m2)铺设在模具表面，然后在纤维布表面铺设脱模布和导流网，对纤维体系封真空，借助真空负压将低粘度胶液导流入纤维体内，在 70/8h 条件下固化纤维灌注体。玻璃钢板纵/横剪切和弯曲性能测试按照标准 GB/T33552005 和 GB/T14492005 进行测试。1.2.3 树脂玻璃化转变温度(Tg)的测试测试之前按推荐方式对 DSC(差示扫描量热仪)设备的温度、基线和热流率进行校正，采用 20/min 的升温速率测定玻璃化
6、转变温度。测试在氮气氛围(防止样件高温测试时被氧化而影响测试结果)中进行，氮气流量为 40mL/min。2结果与讨论http:/2.1 低粘度环氧树脂及其固化剂的成分分析采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对环氧树脂和固化剂的成分进行分析。(1)低粘度环氧树脂两种低粘度环氧树脂的 GC-MS 谱图见图 1，由图 1 可以得出以下结论。a.两种环氧树脂的基本组成较一致。b.在进行环氧树脂复配时，号树脂使用的稀释剂种类略多于号树脂。c.将出峰时间和图谱库中的样本进行比对，确定两种树脂的主体成分均是含有双酚 A 的 E-51 环氧树脂和 1，4 丁二醇缩水二甘油醚。(2)固化剂低粘度树脂的固化剂
7、为多种胺类固化剂的混合物，且为非通用的标准物质。固化剂大分子在进入气相色谱仪后裂解生成小分子，气-质联用仪器分析法不能通过标准谱库准确地一一剖析每种胺类固化剂中的组分，但是可以通过对比不同材料的出峰时间来分析材料之间的成分的差异。图 2 是两种固化剂的 GC-MS 谱图，可以看出两种固化剂的出峰时间基本相同，只是在 13min 左右处略有不同。说明号树脂用固化剂和号树脂用固化剂的组成基本相同，只是个别组分的用量稍有不同。http:/2.2 树脂浇铸体和玻璃钢样件力学性能的测试结果表 1 列出了力学性能的测试结果。总体而言，固化后号树脂和号树脂的力学性能相当。具体来说，从浇铸体的拉伸强度、弯曲强
8、度和压缩强度的测试结果看，号树脂的力学性能略低于号树脂，但表征韧性的断裂延伸率和冲击强度则是号树脂略高于号树脂。经分析，树脂的力学性能与其内部分子链中的苯基等刚性基团和树脂内大分子的交联密度相关，如果苯基等刚性基团含量高，则固化后树脂的力学性能会相应提高;另外，高分子的交联密度大，其力学性能也会提高。而这两种因素都会对固化后的环氧树脂的韧性产生影响。从测试结果看，号树脂韧性较好，做为玻璃钢的基体，韧性较好有利于传递载荷、分散应力。固化后的树脂作为复合材料基体的主要作用是与纤维复合后形成复合材料。当复合材料受到外力时，通过树脂基体的变形可以均匀地将应力传递到每根纤维增强体上，从而满足复合材料的使
9、用要求。只有树脂能很好地浸润纤维，才能确保复合材料的整体优势得以体现。玻璃钢样件的纵、横剪切强度和弯曲强度等宏观性能可以间接地反映树脂和纤维间的界面结合情况。表 1 中双轴玻璃钢样件拉伸强度和弯曲强度的测试结果表明，由号树脂制备的玻璃钢层合板的双轴纵、横剪切强度和弯曲强度等力学性能值均高于号树脂制作的玻璃钢层合板，说明号树脂与纤维的界面结合性能优于号树脂与玻纤的结合性能。http:/2.3 玻璃化转变温度的测试图 3 是两种低粘度环氧树脂玻璃化转变温度(Tg)的测试结果。通过测试软件模拟得出号树脂的 Tg 为 91.38、号树脂的 Tg 为 95.30。前面的 GC-MS 分析结果表明，两种低
10、粘度环氧树脂中均含有异氟尔酮二胺(IPDA)，该物质是调节固化后树脂玻璃化转变温度的主要成分，同时也会对树脂的力学性能产生影响。号树脂的 Tg 偏高，说明号树脂的IPDA 用量略高于号树脂。IPDA 中含有刚性基团，用量增加会提高树脂的刚度，Tg 的测试结果与断裂延伸率和冲击强度的测试结果吻合，这是号树脂的性能好于号树脂的原因之一。2.4 树脂粘度-时间曲线的测定低粘度环氧树脂的主要用途是采用真空灌注工艺生产复合材料的原料。因此，不但要求固化的树脂具有较好的力学性能和耐热性能，同时树脂的粘度和可操作时间也是重要的评价指标。http:/图 4 是将低粘度环氧树脂和固化剂混合后的树脂粘度-时间曲线
11、。可以看出，号树脂的初始粘度较号树脂高，且两款树脂的升温速率相当。为了测试生产中的实际升温速率，在室温为 26的条件下，对比号树脂和号树脂各 40kg 混配物的温度随时间的变化情况(图 5)，采用热电偶温度计(分度为 1.0)测试两桶树脂的升温速率并进行记录(图 6)。可以看出，号树脂和号树脂的实际升温速率基本一致。http:/3结论http:/a.从低粘度环氧树脂固化后的力学性能、玻璃化转变温度以及树脂和固化剂混合后的粘度-时间曲线的测试结果看，该国产树脂已经具备与进口树脂相当的使用性能，可以满足实际生产的要求。b.低粘度树脂的国产化可以大大促进国内纤维/树脂复合材料在真空灌注工艺上的应用进程，同时也将提高我国在这类产品领域的实际竞争能力。基金项目：湖南省重大科技专项资助项目(编号：No.2009FJ1002)。
