复合材料湿法模压工艺快速固化环氧树脂体系的研究

发布时间：2021-01-19 01:10

　　碳纤维/环氧树脂复合材料因其质量轻、强度高、可设计性强等优点是汽车轻量化目标的理想材料之一,为满足汽车零部件大批量、快节拍的生产需要,不仅需要快速成型工艺,更需要有快速固化的环氧树脂体系。湿法模压工艺是一种制造成本低、自动化程度高的新型快速成型工艺,这种工艺目前在国内的研究还不够深入,更缺少专门适配该工艺的快速固化树脂体系。本文就是在这种背景下,进行快速固化环氧树脂体系研究,并由此开展碳纤维/快速固化环氧树脂复合材料体系的性能研究。文中根据固化剂的分子结构与环氧树脂的固化反应原理,选出几种适用于快速固化环氧树脂体系的固化剂,研究不同的固化剂对固化反应速率与固化质量的影响,得出以下几种结论:胺类固化剂与咪唑类固化剂复配后通过不同的反应原理与环氧树脂进行反应,将原本的集中发热分成两步反应,使环氧树脂固化更为完善,提高了固化物的交联密度,并分别放热,解决了集中发热造成的爆聚、内部缺陷等问题。同时可适当延缓反应时间,研究发现,复配体系的拉伸强度可达到67MPa比单一胺类固化剂体系提升近20%;弯曲强度达到88MPa 比单一胺类固化剂体系提升了近50%;冲击强度也达到了11kj·m-2,比单一胺... 

【文章来源】：机械科学研究总院北京市

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１轻量化技术的分类??１．１．２结构优化设计??

?机械科学研究总院硕士学位论文???２．３实验内容??基于前期查阅的书籍、文献，以及收集的各厂商公司资料，初步选择出几种适??用于湿法模压工艺快速固化树脂体系用的固化剂、稀释剂、促进剂等原料，组成不??同的快速固化环氧树脂体系，根据凝胶化时间这一指标选择出最佳固化剂用量，及??最佳固化温度，根据最佳固化剂用量及固化温度，制备出快速固化树脂浇注体，再??根据不同体系固化的固化时间、热学性能以及力学性能，选择出性能最优的快速固??化树脂体系。??根据己经选出的快速固化树脂体系，利用该体系与碳纤维平纹布进行复合，制??备出样板，并对样板进行纤维含量和力学性能的测试，通过对比不同工艺参数制备??的样板对工艺过程及各项参数进行优化。??２．４实验方法??２．４．１浇注体制备方法??根据己经确定的最佳固化剂用量，调配环氧树脂固化体系胶液，在真空干燥箱??中进行真空脱泡３次，每次持续５ｍｉｎ，脱泡完成后，将胶液倒入己经预热在５０°Ｃ??左右浇注体模具中，如图２－１所示。再放入己经加热到最佳固化温度的烘箱中一段??时间后取出。??Ｉｒｒ?ｒ！ＷｒｒｒＴｒ?ｉ?ｉ?■??丨ｊｔ遍＿??图２－１浇注体模具??２．４．２碳纤维复合材料样板制备方法??１．用丙酮对模具进行清理，在清理洁净后的模具表面均匀喷涂脱模剂，然后使??用油温机将模具加热到预定使用温度。??２．根据模具大小和预计厚度，裁切和铺叠碳纤维织物，同时配置好环氧树脂胶??液，将碳纤维与环氧树脂胶液进行预热，一般维持在５０－６０Ｔ。??３．使用自动涂胶机将环氧树脂胶液涂覆在己经堆叠好的碳纤维织物上，并浸润??一段时间。??２５??

?机械科学研究总院硕士学位论文???４．将浸润后的碳纤维织物放入模具中，在预定温度下合模并固化一段时间。??５．开模，取出，使用水切割机切出试样大小，进行测试。??２．４．３凝胶化时间测试??使用凝胶化测试仪可以测试凝胶化时间，如图２－２所示。凝胶化时间指液态树??脂在一定的温度或固化剂的作用下，有流动状态转变为凝胶状态，此时整个态势，??己经无法流动，也就无法完成浸润工作。因为环氧树脂固化前表现为热塑性，即温??度越高黏度越低，其与固化剂配置成胶液时体系粘度降低，在一定温度条件下发生??固化反应，而固化反应也是一种放热反应，因此凝胶化时间的长短至关重要，在湿??法模压工艺或ＲＴＭ工艺中，凝胶化时间亦可称为操作窗口。因此对于快速固化树??脂体系来说，凝胶化时间不能过短，否则对于复合材料的性能会产生明显影响。根??据凝胶化时间可以初步判断快速固化树脂体系的固化速度。??，＾■４?．．上?ｖ??隱＿?＿＿??ｔ＇?！??Ｐ寒吻??图２－２凝胶化时间测试仪??２．４．４ＤＳＣ?分析??环氧树脂发生固化反应时会产生大量的热量，根据这一特点选用差示扫描量热??分析可以有效研究固化过程。根据ＤＳＣ分析结构，可以绘制出放热曲线，并计算出??放热量，同时还可以确定固化物的玻璃化转变温度等。这是环氧树脂固化体系的一??个重要性能，也是加工工艺的重要参数。考虑到分析结果的准确性，应将每次测试??的取样量控制在１０ｍｇ左右，使用氮气进行保护，并对仪器进行温度校正。??２６??


本文编号：2986033