一种低温固化的环氧树脂-碳纤维的制备及其性能研究

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1、刘琳，等:一种低温固化的环氧树脂/碳纤维的制备及其性能研究13一种低温固化的环氧树脂/碳纤维的制备及其性能研究1，2233刘琳黄杰林文庆益永達則(1．先进土木工程材料教育部重点实验室，上海200092;2．同济大学材料科学与工程学院，上海200092;3．上海三悠树脂有限公司，上海201818)摘要选用三乙烯四胺(TETA)、甲基六氢苯酐(MHHPA)、间苯二甲胺(MXDA)作为环氧树脂(EP)的固化剂，制备了一种固化温度为80℃的EP。研究表明，温度为80℃时，MHHPA不能单独固化该EP。少量的TETA或MXDA能够促进

2、MHHPA对EP的固化，研究证明MHHPA和TETA或MXDA间生成了酰胺，TETA或MXDA起到了固化促进剂的作用。应用MHHPA－TETA(或MHHPA－MXDA)复合固化剂，以EP为基体树脂，碳纤维(CF)为增强材料制备了EP/CF复合材料，并对其力学性能进行了测试。其中MHHPA－MXDA复合固化得到的EP/CF复合材料的拉伸强度达到3644MPa，断裂伸长率为1．493%，拉伸弹性模量为256GPa。关键词碳纤维环氧树脂三乙烯四胺间苯二甲胺甲基六氢苯酐复合材料碳纤维复合材料(CFRC)是正在崛起的一类十化剂，固化温

3、度设为80℃，研究EP在这5种固化剂分引人注目的新型材料，它可以兼顾碳纤维(CF)和中的固化进程，以期得到固化温度为80℃、具有良基体树脂的性能而成为综合性能更为优异的工程结好力学性能的EP/CF复合材料。［1］构材料和具有特殊性能的功能材料。1实验部分环氧树脂(EP)是优良的热固性树脂。它与目1．1原材料前大量应用的不饱和聚酯树脂相比，具有更优良的EP:E－51，优级品，上海三悠树脂有限公司;物理性能、电绝缘性能、耐化学药品性、耐热和粘合CF布:T300－3K，优级品，日本新石油株式会性能，是目前应用最普遍、最重要的一种基

4、体材料和社;结构材料［2］。TETA、MXDA:化学纯，国药集团化学试剂有限CF增强EP复合材料的比强度、比模量综合指公司;标是现有结构材料中最高的。在刚度、质量、疲劳特MHHPA:纯度大于98%，上海达瑞精细化学有性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高限公司;的场合，CFRC都颇具优势。据粗略调查了解，我国脱模剂:744、HD－820，国药集团化学试剂有限公司。目前用于EP基纤维增强复合材料所需的EP总量［3］1．2设备、仪器在15万t左右，且每年以20%的速度增长。EP/电热真空干燥箱:ZKF030型，上海实验仪

5、器厂CF复合材料在风力发电领域所起的作用也日益突有限公司;出。EP/CF复合材料的固化工艺主要依赖于EP在远红外快速节能烘干箱:HT881－2型，吴江和不同固化体系中的固化程度。EP只是在固化剂作泰烘箱电炉制造厂;用下变为交联的体型结构后，才能显示其固有的优傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪:EQUNOX55良性能。EP固化剂的种类很多，固化反应也各异，型，德国Bruker公司;如按固化剂的化学结构不同，可分为胺类、酸酐类及电子天平:BS124S型，北京赛多利斯仪器系统其他树脂类固化剂等。如按固化剂的固化温度不有限公司;同，又

6、可分为低温、中温、高温及潜伏性固化剂等。万能材料试验机:Z050型，德国Zwick公司。如果按固化反应的类型不同，则大体上可分为催化［4］1．3试样制备剂型固化剂和交联型固化剂两大类。不同类型(1)单一固化剂固化EP的固化剂固化EP时，其机理和现象也不一样。取10gEP于烧杯中，固化剂(TETA、MHHPA、笔者分别采用三乙烯四胺(TETA)、甲基六氢苯酐(MHHPA)、间苯二甲胺(MXDA)三种单独固化剂及TETA－MHHPA、MXDA－MHHPA两种复合固收稿日期:2010-12-0614工程塑料应用2011年，第39卷

7、，第2期MXDA)按照理论用量的110%、115%及120%加入当加大MHHPA的用量;固化温度为80℃时，MHH-到相应的烧杯中，搅拌均匀，将得到的EP胶液分别PA不能固化EP，还需要加入微量的固化促进剂，只涂覆于铝箔纸上，置于80℃烘箱中固化，每10min有MHHPA和固化促进剂共同起作用时，EP才能进观察一次EP胶液的固化状况并记录。行固化。(2)复合固化剂固化EP表2列出当MHHPA用量为理论用量的110%取10gEP于烧杯中，固化剂MHHPA用量为理时，不同固化温度对EP固化性能的影响。表3列论用量的110%，再加

8、入固化剂TETA(其用量为出当固化温度为80℃时，不同用量的MHHPA对EPMHHPA用量的4%，质量分数，下同)或者加入固化固化性能的影响。剂MXDA(其用量为MHHPA用量的15%)。搅拌表2固化温度对MHHPA固化EP的影响均匀，将得到的两种EP胶液分别涂覆于铝箔纸上，固化温度/℃固