3 結(jié)果和討論

3.1環(huán)氧-PTA樹脂固化過程

隨著6150樹脂的比例升高，第二個峰的放熱量增加，峰值溫度升高。DSC曲線表明，6150在PTA樹脂及其固化物的作用下，也可發(fā)生固化反應(yīng)，但由于PTA在180℃時(shí)固化反應(yīng)大致完成，已經(jīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，而180℃以后環(huán)氧樹脂6150開始固化。從固化反應(yīng)機(jī)理分析，PTA中的叔胺使6150開環(huán)固化，但由于其活性基團(tuán)濃度較低，致使固化峰值溫度過高，超過200℃甚至230℃,對其玻璃化溫度而言，這樣的固化溫度過高，從產(chǎn)品制造周期考慮，該樹脂體系優(yōu)勢不大，因此單獨(dú)使用6150樹脂與PTA樹脂共混并不合適。

100~200℃時(shí)有兩個重合的峰，隨著TDE85比例升高，左側(cè)PTA的固化峰逐漸變?nèi)酰敝两咏В覀?cè)TDE85的固化峰放熱量增大，峰值溫度基本不變，這可能是由于TDE85將PTA稀釋，使得PTA樹脂固化溫度升高，與TDE85固化峰重合程度變大。當(dāng)環(huán)氧樹脂與PTA樹脂的質(zhì)量比為1：1時(shí)，共混樹脂固化過程更為平穩(wěn)。出現(xiàn)TDE85固化峰說明PTA樹脂固化交聯(lián)過程中含有叔胺基團(tuán)的產(chǎn)物能夠催化固化TDE85樹脂。與6150相比，TDE85具有三個活性位點(diǎn)（環(huán)氧基團(tuán)），反應(yīng)活性高，在較低溫度下（175℃),反應(yīng)達(dá)到峰值。但TDE85價(jià)格較高，從產(chǎn)品制造成本考慮，單獨(dú)使用TDE85缺少競爭力。

在以往工程實(shí)踐中，為了控制成本和保證產(chǎn)品綜合性能達(dá)到要求，通常將6150和TDE-85樹脂以質(zhì)量比為1:1的混合使用。基于工程應(yīng)用實(shí)踐和單一種類環(huán)氧樹脂與PTA樹脂固化特性的探索，本文采用6150，TDE85和PTA質(zhì)量比為1:1:2的配方體系進(jìn)行后續(xù)研究。

樹脂體系固化溫度為100~200℃,左側(cè)100~150℃為PTA的固化峰，強(qiáng)度較弱，右側(cè)150~200℃為環(huán)氧樹脂TDE85和6150的固化峰，兩個峰重合部分較大。此樹脂比例的配方體系能夠?qū)崿F(xiàn)材料的高性能化和低成本化。

PTA樹脂斷裂面大部分光滑，含有少量褶皺，為脆性或者半脆性斷裂面，環(huán)氧樹脂和環(huán)氧-PTA混合樹脂的斷面具有大量褶皺，為典型的韌性斷裂面，掃描電鏡結(jié)果表明環(huán)氧-PTA共混樹脂體系比純PTA樹脂韌性更好。

3.2碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料耐熱性

通過纏繞法制備T700增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料單向板，圖7為三種復(fù)合材料的儲能模量和損耗模量曲線。表2為DMA測試得到的三種材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

T700/PTA、T700/環(huán)氧和T700/環(huán)氧-PTA的初始儲能模量分別為70，50，60GPa，環(huán)氧-PTA共混體系的儲能模量介于兩種單一樹脂之間，PTA樹脂能有效提升環(huán)氧樹脂的剛性，而環(huán)氧樹脂可以改善PTA樹脂的韌性。T700/PTA、T700/環(huán)氧和T700/環(huán)氧-PTA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為213.2、140.7和191.6℃,PTA樹脂中含有大量芳環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)，有效提高了共混樹脂體系的耐溫性能。

3.3碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料單向板力學(xué)性能

采用非熱壓罐和真空袋的常規(guī)纏繞工藝制備了T700/PTA、T700/環(huán)氧以及T700/環(huán)氧-PTA復(fù)合材料單向板，測定其力學(xué)性能

結(jié)果表明：T700/PTA復(fù)合材料單向板的力學(xué)性能較差，壓縮強(qiáng)度*為751.5MPa，層間剪切強(qiáng)度為41.6MPa，這可能是由于PTA樹脂中含有大量溶劑，常規(guī)方法所制備單向板的空隙較大，另外由于聚三唑樹脂固化后分子結(jié)構(gòu)剛性導(dǎo)致材料的韌性偏低。相比于T700/PTA復(fù)合材料，T700/環(huán)氧-PTA復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯提升，其中0°拉伸強(qiáng)度為2046.6MPa，提高了10.2%；0°壓縮強(qiáng)度為1259.6MPa，提升了67.6%；彎曲強(qiáng)度為1880.9MPa，提升了35.2%；層間剪切強(qiáng)度為100.9MPa，提升了142.5%。力學(xué)性能提高的主要原因在于環(huán)氧樹脂中含有一定的柔性鏈與極性基團(tuán)，提高了樹脂基體韌性的同時(shí)也提高了樹脂基體與碳纖維界面性能。由于樹脂基體能夠更加有效地傳導(dǎo)載荷，在宏觀上體現(xiàn)為樹脂拉伸、彎曲以及層間等力學(xué)性能的提升。與T700/環(huán)氧和T700/環(huán)氧-PTA復(fù)合材料在力學(xué)性能上各有優(yōu)劣，T700/環(huán)氧的0°拉伸強(qiáng)度稍高，T700/環(huán)氧-PTA的0°壓縮強(qiáng)度較優(yōu)。

PTA樹脂與碳纖維界面較差，界面存在空隙，樹脂無法完全包覆纖維。與之相比，環(huán)氧樹脂和環(huán)氧-PTA樹脂與碳纖維界面良好，樹脂能夠完全包覆纖維。掃描電鏡結(jié)果證明環(huán)氧樹脂能夠有效改善PTA樹脂與碳纖維的界面性能，從而實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的提升。

復(fù)合材料單向板的性能測試表明，與PTA樹脂相比，共混樹脂體系的力學(xué)性能有了很大提高，同時(shí)耐熱性也比純環(huán)氧樹脂有較大提高。這些結(jié)果也說明：環(huán)氧樹脂和PTA樹脂的性能充分互補(bǔ)，從而使得復(fù)合材料的綜合性能良好。

（未完待續(xù)）

來源：熱固性樹脂，哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司，邁愛德編輯整理