填料对TDE-85/E-51/B-63/70酸酐体系性能的影响

沈红欣 邹 敏 张 权 李晓奋 何 薇



填料对TDE-85/E-51/B-63/70酸酐体系性能的影响

沈红欣 邹 敏 张 权 李晓奋 何 薇

（西安长峰机电研究所，西安 710065）

选取中空玻璃微珠及实心微珠作为填料，考察两种填料对TDE-85/E-51/B-63/70酸酐体系耐烧蚀性、拉伸性能的影响，并通过TG考察了对体系热失重状态。结果表明，加入中空玻璃微珠/环氧体系力学性能及耐烧蚀性能更加优异；在900℃时，中空玻璃微珠/环氧体系热失重最小为55%，纯环氧体系为20%。

环氧体系；中空玻璃微珠；实心微珠；性能

1 引言

填料[1]是有相对惰性的固体物质，能改善基体力学强度、使用性、加工性或是经济性。不同填料的外观形貌有明显的区别，对基体性能的影响也不一样。目前，填料已经广泛应用于环氧和酚醛等基体树脂中，有效地提高了复合材料的力学性能、耐烧蚀性能，改善了固化物的外观、热性能和导电性能等[2，3]。

本文将中空玻璃微珠及实心微珠分别加入TDE-85/E-51/B-63/70酸酐体系[4]中，采用氧-乙炔烧蚀、拉伸性能测试对比三个体系的耐烧蚀性、拉伸性能，并通过TG对比了三个体系的热失重状态。

2 实验

2.1 实验原料

4, 5-环氧环己烷1, 2-二甲酸二缩水甘油酯（TDE-85），环氧值：0.85，；甘油环氧树脂（B-63），环氧值：0.55～0.71；二酚基丙烷缩水甘油醚（E-51），环氧值：0.48～0.54；70酸酐，酸值：720～750；中空玻璃微珠，粒径50～150μm，主要成分SiO2，Al2O3等；实心微珠，粒径45～65μm；偶联剂：KH-550。

2.2 仪器及设备

差示扫描量热仪（DSC）：822e；热失重（TG）：SDTA851e型；氧-乙炔烧蚀试验机：OA-Ⅲ 型；微机控制电子万能试验机：CTM 5204最大负荷20 kN。

2.3 性能测试及表征

a．微机控制电子万能试验机：CTM 5204 最大负荷20kN；

b．烧蚀性能按GJB 323A—96测试；

c．通过TG仪研究热失重特征，在空气气氛的条件下，升温速率10℃/min，测试温度为室温至600℃。

2.4 试样制备

将中空玻璃微珠和实心微珠进行偶合处理后待用。按一定比例将树脂混合，加入固化剂70酸酐，室温下搅拌均匀，各加入固定份数经偶合处理的中空玻璃微珠和实心微珠。

3 结果与讨论

3.1 复合材料的拉伸性能

环氧/中空玻璃微珠体系及环氧/实心微珠体系的拉伸性能测试结果如表1所示。由表1可知，环氧/中空玻璃微珠体系的拉伸性能为59.8MPa，高于环氧/实心微珠体系的拉伸性能及纯环氧体系。这是由于选用的中空玻璃微珠粒径较小，环氧体系的分散性较好，且中空玻璃微珠外壁薄[5，6]，当试件受到拉伸力作用时，体系中的中空玻璃微珠首先破裂，消耗了大部分断裂应力，缓解裂纹扩展，使裂纹原本的方向发生偏转，因此需要更大的能量才能对材料产生破坏。

表1 环氧/中空玻璃微珠体系及环氧/实心微珠体系的拉伸性能 MPa

3.2 复合材料的烧蚀性能

表2 环氧/中空玻璃微珠体系及环氧/实心微珠体系的拉伸性能

环氧/中空玻璃微珠体系及环氧/实心微珠体系的烧蚀性能测试结果见表2。由表2可以看出，环氧/中空玻璃微珠体系的线烧蚀率0.48mm/s，质量烧蚀率0.23g/s，低于纯环氧体系和环氧/实心微珠体系的线烧蚀率和质量烧蚀率，环氧/中空玻璃微珠体系的耐烧蚀性能更好。由于在高温氧-乙炔焰冲刷过程中，环氧/实心微珠体系中实心微珠质量很轻，与环氧体系结合紧密，随着火焰冲刷，微珠连带着碳化的环氧粉末不断飞出，因此试件剥蚀严重，线烧蚀率及质量烧蚀率最高；而环氧/中空玻璃微珠体系中，由于中空玻璃微珠的特殊空心结构，与环氧体系形成了“树脂包中空玻璃微珠，中空玻璃微珠包树脂”的状态，因此有效阻隔了氧乙炔焰的冲刷烧蚀，其线烧蚀率和质量烧蚀率均较低。

3.3 复合材料的TG性能

环氧/中空玻璃微珠体系和环氧/实心微珠体系及纯环氧体系的TG曲线如图1所示。曲线1为环氧/中空玻璃微珠体系的TG曲线图，曲线2为环氧/实心微珠体系的TG曲线图，曲线3为纯环氧体系的TG曲线图。

图1 三种体系的TG曲线图

从上图可以看出曲线1、曲线2、曲线3均在450℃时开始分解，在550℃的时候，图1残碳率为60%，图2残碳率为50%，图3残碳率为45%，随着温度的升高，在900℃时，环氧/中空玻璃微珠体系与环氧/实心微珠体系残碳率趋于平衡，环氧中空/玻璃微珠体系残碳率为55%，环氧/实心微珠体系残碳率为45%，而纯环氧体系的残碳率为20%，并且还有继续下降的趋势。这主要是因为中空玻璃微珠为无机填料，为薄壁空腔结构，其内部空腔中的气体可以阻隔热量，并与环氧体系紧密结合在一起，阻止了环氧分子链段分解；而实心微珠粒径很小，相对质量轻，能与环氧体系无空隙充分混合，450℃以后，环氧树脂开始分解，实心微珠隔热性较中空玻璃微珠差，体系热失重较多，而纯环氧体系没有任何阻隔，树脂体系在450℃以后迅速分解碳化，在900℃残碳率达到20%。

4 结束语

实验证明，填料对环氧树脂体系力学性能、烧蚀性能影响显著。数据表明，加入中空玻璃微珠的环氧体系拉伸性能及耐烧蚀性能优异，且在900℃的残碳率最高，为55%，而加入实心微珠的环氧体系力学性能介于中空玻璃微珠/环氧体系之间，但耐烧蚀性能是三个体系中最差的。纯树脂体系的残碳率最低，为20%。

1 刘新林，王汝敏，闫超，等. 不同填料增强酚醛树脂模塑料的研究[J].中国胶粘剂，2010，19(11) ：49～52

2 黄发荣，焦杨声. 酚醛树脂及其应用[M]. 北京：化学工业出版社，2003

3 乔吉超，胡小玲，管萍. 酚醛树脂胶粘剂的研究进展[J]. 中国胶粘剂，2006，15(7)：45～48

4.邹敏，赵奎. TDE-85/E-51/B-63/70酸酐环氧体系力学性能研究[J]. 航天制造技术，2016(6)：51～53

5 汪泽霖. 玻璃钢原材料手册[M]. 化学工业出版社，2015

6. 邹敏，李鹏飞，赵奎. 中空玻璃微珠对高规氧/酚醛体系性能的影响[J].航天制造技术，2016(4)：25～27

Effects of Fillers to TDE-85/E-51/B-63/THPA System on Properties

Shen Hongxin Zou Min Zhang Quan Li Xiaofen He Wei

(Xi’an Changfeng Research Institute of Mechanism and Electricity, Xi’an 710065)

The influence of two kinds of fillers on the ablation resistance and tensile properties of TDE-85/E-51/B-63/70 anhydride system was investigated by hollow glass beads (HGB) and solid microbeads. The thermal weightlessness state of the system was investigated by TG. The results showed that the mechanical properties and ablation resistance of the HGB/ epoxy system were the best. The minimum weight loss of the HGB/ epoxy system was 55% and the pure epoxy system was 20% at 900℃.

epoxy system；hollow glass beads（HGB）；solid microbeads；property

沈红欣（1985），本科，汉语言文学专业；研究方向：固体火箭发动机总装工艺研究。

2018-01-30