RTM用高性能环氧树脂BA9914e及其复合材料的研制与性能研究

（中航复合材料有限责任公司， 北京 10030）

液体成型技术是一种近年来飞速发展的低成本高效率复合材料技术，适用于大面积复杂构件整体成型，具有低成本、表面质量高、尺寸精度高等特性，目前是航空航天及其他工业领域复合材料构件成型的主要工艺之一[1]。RTM （Resin Transfer Molding）即树脂传递模塑成型是液体成型技术的典型代表，其成型方法是将预成型体铺放在模具型腔内，抽真空以排除气体，适当加压将RTM树脂注入到闭合的模腔内，进行固化。RTM技术在军用航空领域已广泛应用于次承力整体结构[2-4]。

RTM成型树脂要具有较低的粘度和长的操作期，经过多年的技术发展，国外开发了适用于液体技术的EP2000 、Cycom 890、RTM6等系列专用树脂，并成功得到应用[5]。RTM技术在国内研究和发展起步较晚，在飞机上应用较少，但近几年来随着复合材料在飞机结构上的应用推广，国内在预研课题中也开始了对RTM用树脂及应用进行了探索和研究，积累了树脂研制、模具设计、工艺优化等制造经验，成功研制了双马液体成型树脂体系，在多个型号上进行了考核验证。本文开展研制了一种低粘度、长适用期的RTM工艺用高性能环氧树脂[6]，以满足型号对材料选用低成本、长寿命、轻重量和高可靠性的设计需求。

1 试验部分

1.1 主要材料与试剂

双缩水甘油胺环氧树脂A、B(上海合成树脂厂生产)；固化剂组分(中航复材自制)；稀释剂(中航复材自制)；碳布U-3160、CF3031(威海拓展纤维有限公司生产)。

1.2 树脂及复合材料的制备

按比例称取环氧树脂A、B，加热熔融均匀，加入稀释剂；在反应釜内高速搅均匀；加入固化剂组分，搅拌10min，即得环氧树脂基体BA9914e。

将环氧树脂和增强材料通过RTM工艺制备复合材料。

1.3 测试与表征

DSC分析：NETZSCH DSC 204 F1分析仪；

流变性能分析：GEMINI200分析仪，升温速率5℃/min；

DMA：NETZSCH DMA 242C分析仪，升温速率5℃/min。

复合材料力学性能采用GB标准进行试验件制备和性能测试。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂基体性能

2.1.1 树脂DSC分析

将BA9914e树脂在不同的升温速率（2.5℃/min、5℃ /min、10℃ /min、15℃ /min）下做 DSC 测试，得出其特征温度，其中升温范围为26～300℃。

表1为不同升温速率下环氧树脂基体的DSC结果，可以看出特征温度（起始反应温度和峰值温度）随着升温速率的增加而提高，拟合曲线见图1，外推得到升温速率为0℃/min时的起始反应温度为139℃，峰值温度为 166℃[7]。

2.1.2 树脂耐温性能

将BA9914e树脂在真空烘箱中加热至80℃，真空脱泡30min后，按以下固化工艺进行固化: 90℃/1h、120℃ /2h、150℃ /1h、180℃ /4h、然后冷却至室温，制得树脂浇铸体。树脂固化后玻璃化转变温度Tg达到208℃，具有较高的耐热性。

环氧树脂体系中的缩水甘油胺类环氧树脂是2种多官能团环氧树脂，与高效的多官能固化剂反应后生成具有高交联密度的聚合物，使得树脂体系具有高的耐热性[8]。

表1 不同升温速率下环氧树脂的DSC结果

图1 不同升温速率下BA9914e环氧树脂DSC特征温度拟合曲线Fig.1 Fitting curves of DSC properties at different heating rate

2.1.3 树脂流变性能

由图2环氧树脂粘度-时间曲线看出，在80℃的温度下，环氧树脂BA9914e具有较长的窗口期，树脂从开始到240min这段时间，粘度从150mPa·s增大到了 180mPa·s，到 420min 时，粘度才增大到 288mPa·s，整个过程中此树脂一直保持低粘度，符合RTM工艺特性。

图2 树脂粘度-时间曲线Fig.2 Viscosity along with time change

图3 树脂粘度-温度曲线Fig.3 Viscosity along with temperature change

图3为树脂的粘度-温度曲线，可以看出，随着温度的上升（室温～80℃），树脂粘度逐渐降低；温度继续上升（约80℃～165℃范围内），树脂体系粘度增加不大；当温度达到170℃以上时，树脂固化反应加剧，树脂粘度增大；至180℃以上，树脂固化。这种流变特性使树脂在较宽的温度下和很长的时间内具有足够低的粘度，能充分浸润预成型体，满足大型、复杂构件的成型要求[9-10]。

2.1.4 树脂浇铸体性能

树脂浇铸体的力学性能如表2 所示，QY8911-IV是国内较为成熟的RTM专用双马树脂，可以得出，BA9914e环氧树脂体系的力学性能（拉伸强度）相对更高，原因可能是树脂体系采用了固化收缩率更小的A、B组分，这是双酚A型双马无法比拟的，这样就降低了固化物的残留收缩应力，增强了浇铸体的抵抗应力开裂的能力[8]。

表2 树脂浇铸体性能

2.2 复合材料性能

2.2.1 复合材料的制备

将碳纤维按照一定铺层，预先铺覆于模具内，当模具温度升至80℃时，将树脂注入，完成充模，按照树脂浇铸体的固化工艺进行固化，自然冷却至室温，脱模。

2.2.2 复合材料性能

表3所示的结果是RTM工艺制备的U-3160/BA9914e和CF3031/BA9914e复合材料温室下力学性能，从中可以看出，制备的复合材料具有优良的力学性能。

表3 制备的复合材料力学性能MPa

3 结论

以双缩水甘油胺型环氧树脂为主要原料合成的BA9914e树脂具有适宜的流变特性，工艺窗口期达7h以上，适合低成本RTM整体成型工艺；树脂耐热温度较高，Tg达到208℃；树脂浇铸体拉伸、弯曲性能较双马QY8911-IV树脂性能高。将BA9914e树脂和碳纤维经RTM工艺制备的复合材料具有优良的力学性能。

参 考 文 献

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