http://mcguy.net/碳纖維濕法纏繞用環(huán)氧樹脂基體研究不斷出新。以環(huán)氧樹脂和改性樹脂為主體樹脂，混合芳香胺為固化劑，研發(fā)出一種適合于碳纖維復(fù)合材料濕法纏繞成型的樹脂配方。結(jié)果表明，該樹脂的黏度低(<550mPa?s)、適用期長(zhǎng)，其澆鑄體具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度為107MPa，拉伸模量為4.09GPa，彎曲強(qiáng)度為161MPa，彎曲模量為3.88GPa，斷裂伸長(zhǎng)率超過6%。用其制備的碳纖維纏繞復(fù)合材料界面粘接好，NOL環(huán)層間剪切強(qiáng)度達(dá)到66.8MPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到2.44GPa。由于具有高強(qiáng)度、高模量、低密度等優(yōu)點(diǎn)，碳纖維成為當(dāng)前最重要的高性能纖維。碳纖維復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用在航空航天、海洋、汽車、體育器材等領(lǐng)域。
    當(dāng)前最佳的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體幾乎全部采用碳纖維復(fù)合材料；2006年2月正式下水的美國(guó)“短劍”(M80 Stiletto)高速隱形快艇，由于使用了全碳纖維復(fù)合材料船身，比傳統(tǒng)的鋼鐵外殼更結(jié)實(shí)，更輕巧。“短劍”全重不超過500t，速度可達(dá)50km/h。纏繞成型已經(jīng)被認(rèn)為是低成本制造高性能碳纖維復(fù)合材料的首選方法之一，其制備的復(fù)合材料制品的性能不僅取決于所用組分各自的性能以及制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素，還取決于纖維與基體之間的界面性能。隨著碳纖維性能的提高，開發(fā)高性能樹脂基體，提高纖維強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率，已成為碳纖維復(fù)合材料研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。據(jù)專家介紹，以環(huán)氧樹脂和改性環(huán)氧樹脂作為主體樹脂，改性DDM為固化劑，加入適當(dāng)助劑開發(fā)了一種低黏度，高強(qiáng)高韌的濕法纏繞用樹脂基體。與碳纖維界面性能良好，適于碳纖維的濕法纏繞成型。
    該研究試驗(yàn)主要原材料包括：環(huán)氧樹脂、環(huán)氧值0.85， 改性環(huán)氧樹脂、環(huán)氧值0.85～0.90，660A環(huán)氧活性稀釋劑。試樣的制備分澆鑄體的制備、復(fù)合材料的制備2步。然后按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量澆鑄體，及其定向復(fù)合材料和NOL環(huán)的各項(xiàng)力學(xué)性能。專家討論了樹脂基體配方設(shè)計(jì)——作為碳纖維纏繞用樹脂基體，不僅要求樹脂有合適的黏度和斷裂延伸率，還要求樹脂澆鑄體有足夠的強(qiáng)度以及與碳纖維良好的界面粘接性能。這就要求樹脂基體要有較高的極性和合適的交聯(lián)密度。多官能度的環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧是高性能環(huán)氧樹脂中極性較高的樹脂品種；碳纖維復(fù)合材料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體不允許使用酸酐固化劑，Ethocure-300，學(xué)名硫代甲基甲苯二胺。結(jié)構(gòu)中的硫代甲基空間位阻使芳香胺毒性下降、吸水性下降，作為固化劑有較長(zhǎng)試用期，是碳纖維復(fù)合材料理想用膠，是DDS的替代物。
    還考察發(fā)樹脂澆鑄體的性能。環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值都很高，固化后的基體膠脆，必須加入適量增韌劑改性，為了更好的浸潤(rùn)纖維，我們采用660A作為增韌稀釋劑，經(jīng)過不斷的摸索，終于找到合適的配方，它不但韌性好，拉伸和彎曲性能也都很突出。在樹脂膠液的黏度和適用期研究中，據(jù)專家介紹，在濕法纏繞工藝中樹脂膠液的黏度與適用期是一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。為了更好的浸潤(rùn)纖維，濕法纏繞用樹脂膠液黏度一般是0.2～0.8Pa?s，室溫下適用期在8h以上。單純作為固化劑，室溫下膠液的適用期在48h以上，配方采用改性DDM共同做固化劑，室溫下的適用期也在12h以上，膠液粘度也不大。
    研究碳纖維復(fù)合材料的性能。Naval Ordnance Laboratory(NOL)環(huán)是國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料普遍采用的一種單向纖維纏繞試驗(yàn)件，其性能的好壞是衡量纖維與樹脂基體界面浸潤(rùn)性、粘接性及其在應(yīng)力狀態(tài)下傳遞應(yīng)力能力的尺度，可為纖維纏繞壓力容器提供基礎(chǔ)的工藝參數(shù)。使用碳纖維和樹脂配方纏制NOL環(huán)和單向板。碳纖維的拉伸硬度一般是4.9GPa左右，其NOL環(huán)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度一般在2.1GPa左右，碳纖維的平板復(fù)合材料和NOL環(huán)的拉伸強(qiáng)度都超過了這一指標(biāo)，纖維的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率接近85%。由于碳纖維股紗數(shù)比較大，膠液難于浸潤(rùn)，制作的NOL環(huán)往往性能偏低，層間剪切強(qiáng)度在55MPa左右。環(huán)氧配方和碳纖維制作的NOL環(huán)，其層間剪切強(qiáng)度達(dá)66.8MPa。這表明該基體對(duì)碳纖維的浸潤(rùn)性好，界面粘接性好，這與該基體固化反應(yīng)平穩(wěn)以及固化過程中生成的羥基與碳纖維表面官能團(tuán)反應(yīng)性良好相關(guān)。

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