碳纖維濕法纏繞環氧樹脂基體配方揭秘

遠景

        關于碳纖維濕法纏繞用環氧樹脂基體研究，樹脂基體配方設計是重要一環。由于碳纖維活性表面積小(0.013～0.138m2/g)，邊緣活性原子少，表面能低，與基體材料的粘結力差，且石墨化程度越高，碳纖維表面惰性越大。作為樹脂基復合材料使用的碳纖維，須經表面處理提高其表面活性。T-700纖維直徑較大，線密度為0.81g/m，對T-700碳纖維表面涂層進行紅外光譜分析發現：T-700纖維表面涂層為E-51環氧樹脂和順丁烯二甲酸酐；使用XPS對T-700碳纖維表面進行氧碳元素的含量分析，分析碳纖維表面活性碳原子數(Cls=285eV)與非活性碳原子數(C1 s>285eV)之比，發現活性碳原子數占總碳原子數的52.48%。
    專家指出這說明T-700碳纖維表面活性相對較高——T-800-12K碳纖維活性碳原子數占總碳原子數的43.01%。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密度。多官能度的TDE-85、AG-80和AFG-90環氧是目前高性能環氧樹脂中極性較高的樹脂品種；碳纖維復合材料火箭發動機殼體不允許使用酸酐固化劑，E-300全名Ethocure-300，學名硫代甲基甲苯二胺。結構中的硫代甲基空間位阻使芳香胺毒性下降、吸水性下降，E-300作為固化劑有較長試用期，是碳纖維復合材料理想用膠，是DDS的替代物。
    由于單純使用E-300作為固化劑固化溫度偏高，專家加入一定量的DDM的辦法改性，該樹脂配方選用E-300和DDM按質量比1：1作為固化劑，選用TDE-85和AFG-90環氧作為主體樹脂，配合以6360(由三羥甲基丙烷和環氧氯丙烷在堿性介質中縮聚而制得)、660(環氧丙烷丁基醚)等活性稀釋劑，作為T-700碳纖維復合材料樹脂基體。加入DDM改性后樹脂基體性能還有所提高。TDE-85和AFG-90環氧樹脂的環氧值都很高，固化后的基體膠脆，必須加入適量增韌劑改性，為了更好的浸潤纖維，我們采用6360和660作為增韌稀釋劑，經過不斷的摸索，終于找到一個合適的配方，代號為H001。其中BA201是西安航天復合材料研究所的1個配方，另外3組來自已經公布的資料。可以看出H001配方優勢比較明顯，它不但韌性好，拉伸和彎曲性能也都很突出。

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