環(huán)氧復(fù)合材料低溫固化劑研究進(jìn)展

   (1.西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，陜西西安710072;2.西安百衡伯仲?gòu)?fù)合材料公司，陜西西安710082)
    摘要：低溫固化(固化溫度低于100℃)可獲得高尺寸穩(wěn)定性、低成本、力學(xué)性能優(yōu)良的環(huán)氧復(fù)合材料，室溫儲(chǔ)存期長(zhǎng)的低溫固化劑體系是低溫固化環(huán)氧復(fù)合材料的關(guān)鍵。重點(diǎn)探討了微膠囊型、潛伏性以及其它改性環(huán)氧低溫固化劑，展望了其未來前景及發(fā)展方向。
    關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂;低溫固化劑;室溫儲(chǔ)存期;改性咪哩;微膠囊固化劑
    中圖分類號(hào):TQ314.256文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004一2849(2007)01一0044一05
    0前言
    環(huán)氧樹脂是一種性能優(yōu)異的熱固性樹脂，力學(xué)性能優(yōu)異，耐化學(xué)腐蝕性好，樹脂固化物無毒性，和玻璃纖維之間粘接性好，成型加工方便，是用量最大的先進(jìn)復(fù)合材料基體，在眾多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。為獲得力學(xué)及耐熱性能優(yōu)良的環(huán)氧固化產(chǎn)物，常需高溫下固化llj。但高溫使得制品材料產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，影響尺寸精度控制，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致材料提前破壞;同時(shí)，高溫固化會(huì)造成制品芯模、模具等輔助材料選材范圍窄，制造工藝復(fù)雜和耗能高等問題，不利于成本的降低。此外，有時(shí)在制品成型時(shí)因帶有不耐高溫的內(nèi)附件，也不允許環(huán)氧高溫固化。環(huán)氧低溫固化可以極大降低主要由昂貴的模具、高耗能設(shè)備及高性能輔料等帶來的高費(fèi)用，且構(gòu)件尺寸精度高，固化殘余應(yīng)力低，尤其適合制備大型及結(jié)構(gòu)復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件。低溫固化而中、高溫使用的環(huán)氧復(fù)合材料不僅用于復(fù)合材料工程材料及復(fù)合材料構(gòu)件修補(bǔ)，還用于航空、航天復(fù)合材料構(gòu)件。因此，研制滿足各種用途的低溫固化環(huán)氧樹脂體系是一個(gè)很重要的發(fā)展方向。作為先進(jìn)復(fù)合材料基體，低溫固化環(huán)氧樹脂的研究和使用主要在預(yù)浸料制備和濕法直接成型兩個(gè)方面。
    低溫固化常指固化溫度低于100℃，且可以在自由狀態(tài)下進(jìn)行高溫后處理[4一5J。國(guó)外環(huán)氧復(fù)合材料低溫固化研究已有近30年歷史，1975年美國(guó)ACG公司開發(fā)出第一個(gè)低溫固化環(huán)氧體系LTM10并開始應(yīng)用于低成本與高精度被認(rèn)為是重要因素的領(lǐng)域。隨后，一系列低溫固化環(huán)氧體系應(yīng)用于制造航空、航天構(gòu)件。國(guó)內(nèi)近年才開始相關(guān)研究，如航空材料研究院開發(fā)成功的LT系列低溫固化環(huán)氧復(fù)合材料。 
    1.環(huán)氧復(fù)合材料低溫固化研究 
    環(huán)氧復(fù)合材料低溫固化指固化溫度低于100℃，且可以在自由狀態(tài)下如無壓條件下進(jìn)行高溫后處理。雖為低溫固化，固化后復(fù)合材料力學(xué)及耐熱性能和高溫固化相比沒什么明顯差別。環(huán)氧低溫固化劑很多，用于復(fù)合材料基體樹脂使用的環(huán)氧體系必須在室溫下有很好的儲(chǔ)存期以滿足制備工藝要求。故常見低溫固化劑因使環(huán)氧體系室溫下儲(chǔ)存期短，不適于制造復(fù)合材料，不屬于低溫固化劑。復(fù)合材料環(huán)氧基體低溫固化主要指低溫固化同時(shí)，樹脂基體具有較長(zhǎng)的室溫儲(chǔ)存期，且低溫固化環(huán)氧復(fù)合材料各方面性能和中高溫固化相比相差不大。環(huán)氧樹脂固化溫度主要取決于固化劑及環(huán)氧反應(yīng)活性，雖環(huán)氧結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)固化反應(yīng)活性影響較大，但低溫固化的關(guān)鍵在于所用固化劑體系。因此，環(huán)氧低溫固化工藝重在研究滿足室溫儲(chǔ)存期長(zhǎng)而固化溫度低的固化劑體系。 
    2.環(huán)氧低溫固化劑研究 
    隨著預(yù)浸料干法成型和濕法直接成型工藝的日趨完善，人們已研制出眾多低溫固化環(huán)氧配方體系。低溫固化劑關(guān)鍵在于固化劑、促進(jìn)劑的選擇和改性，保證體系貯存期及其它各項(xiàng)性能的前提下改善其使用工藝性，并將固化溫度降低至100℃以下是科研工作者的努力方向。
    研究和開發(fā)微膠囊固化劑技術(shù)和潛伏性固化體系是解決環(huán)氧低溫固化和較長(zhǎng)室溫儲(chǔ)存期間矛盾的有效方法，也是環(huán)氧復(fù)合材料低溫固化劑的當(dāng)前主要發(fā)展方向門。
    2.1微膠囊固化劑技術(shù)
    微膠囊固化劑技術(shù)指將固化劑用微膠囊技術(shù)包覆起來阻止其與環(huán)氧在室溫下反應(yīng)，提高環(huán)氧及其預(yù)浸料的室溫儲(chǔ)存期，當(dāng)加熱到一定溫度，微膠囊破裂，釋放出的固化劑和環(huán)氧反應(yīng)，凝膠、完成固化反應(yīng)。
    采用乳化技術(shù)將固化劑用熱塑性樹脂包覆起來形成微膠囊，室溫下隔絕固化劑與環(huán)氧接觸，達(dá)固化溫度時(shí)熱塑性樹脂膜溶解于環(huán)氧而釋放出固化劑，可同時(shí)解決室溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性、低溫固化和韌性。通過多異氰酸醋處理胺、環(huán)氧反應(yīng)物固體顆粒可以改善固化劑的潛伏性。為提高室溫儲(chǔ)存期，將多元胺和環(huán)氧反應(yīng)制備固化劑顆粒，再通過多異氰酸醋改性制得0.1林m的固化劑顆粒，因多異氰酸醋與顆粒表面活性基團(tuán)反應(yīng)形成微膠囊薄膜，在環(huán)氧中分散性很好。