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碳纤维湿法缠绕环氧制备的要略
2008-7-7 20:52:31

由于具有高强度、高模量、低密度等优点,碳纤维成为当前最重要的高性能纤维。碳纤维复合材料已广泛应用在航空航天、海洋、汽车、体育器材等领域。在西方发达国家,当前最佳的固体火箭发动机壳体几乎全部采用碳纤维复合材料;2006年2月正式下水的美国“短剑”(M80Stiletto)高速隐形快艇,由于使用了全碳纤维复合材料船身,比传统的钢铁外壳更结实,更轻巧。“短剑”全重不超过500t,速度可达50km/h。最近西安航天复合材料研究所,以TDE-85树脂和AFG-90树脂为主体树脂,混合芳香胺为固化剂,研究了一种适合于碳纤维复合材料湿法缠绕成型的树脂配方。据专家介绍,该树脂的黏度低、适用期长,其浇铸体具有优异的力学性能,用其制备的T-700碳纤维缠绕复合材料界面粘接好,NOL环层间剪切强度达到66.8MPa,拉伸强度达到2.44GPa。

据悉试验所用主要原材料有:TDE-85环氧树脂、环氧值0.85;AFG-90环氧树脂、环氧值0.85~0.90,6360、660环氧活性稀释剂,均由蓝星新材料无锡树脂厂提供;DDM(二氨基二苯甲烷),化学纯,上海三爱思试剂骰寶技巧;E-300(硫代甲基甲苯二胺),美国乙基公司;T-700碳纤维,日本东丽公司。专家介绍了浇铸体的制备:将环氧树脂、稀释剂、固化剂按照TDE-85:AFG-90:6360:660:固化剂=100:40:15:7.5:62的配比混合均匀,浇铸到标准模具中,在烘箱中按照90℃/2h+130℃/3h+160℃/3h的条件固化,升温速率是1℃/s。随后是复合材料的制备——其中单向板制备:树脂胶液配好,在模具上缠绕300mm×300mm×2mm单向平板,然后固化(固化条件与相应树脂浇铸体同),切割至规定的尺寸、NOL环制备:将配好的胶液倒人浸胶槽,恒定张力2.5N,在DSC-1型缠绕机进行NOL环缠绕成型,固化工艺与相应树脂浇铸体相同。

然后专家进行了分析测试——按相应的国家标准测量浇铸体及其定向复合材料和NOL环的各项力学性能。专家介绍说,专家着重讨论了树脂基体配方设计、树脂浇铸体的性能、树脂胶液的黏度和适用期、T-700碳纤维复合材料的性能。采用TDE-85和AFG-90环氧树脂作为主体树脂,E-300和DDM共同做固化剂,研制的H001配方,室温下黏度低,适用期在12h以上;浇铸体具有强度高、模量大、韧性好等优点,断裂伸长率超过6%;湿法缠绕成型时与T-700纤维浸润性好,制造的复合材料界面性能突出,强度高,能充分发挥碳纤维的性能。缠绕成型已经被认为是低成本制造高性能碳纤维复合材料的首选方法之一,其制备的复合材料制品的性能取决于组分性能、制品结构设计,纤维与基体之间的界面性能等。随着碳纤维性能的提高,开发高性能树脂基体,提高纤维强度转化率,已成为碳纤维复合材料研究领域的一个热点。