3 結果和討論

3.1環氧(yang)-PTA樹脂(zhi)固(gu)化過程

隨著6150樹(shu)脂(zhi)的(de)比例升(sheng)高，第(di)二個峰(feng)的(de)放熱量增加，峰(feng)值(zhi)(zhi)溫(wen)度(du)(du)升(sheng)高。DSC曲線(xian)表明，6150在PTA樹(shu)脂(zhi)及其(qi)固(gu)(gu)化物的(de)作用下(xia)，也可發生固(gu)(gu)化反應，但由(you)于(yu)PTA在180℃時固(gu)(gu)化反應大致完(wan)成，已經(jing)形(xing)成交聯(lian)網絡，而180℃以后環氧樹(shu)脂(zhi)6150開(kai)始固(gu)(gu)化。從固(gu)(gu)化反應機理分析，PTA中的(de)叔(shu)胺使(shi)6150開(kai)環固(gu)(gu)化，但由(you)于(yu)其(qi)活性基(ji)團濃度(du)(du)較低，致使(shi)固(gu)(gu)化峰(feng)值(zhi)(zhi)溫(wen)度(du)(du)過高，超過200℃甚至230℃,對(dui)其(qi)玻(bo)璃化溫(wen)度(du)(du)而言，這(zhe)樣的(de)固(gu)(gu)化溫(wen)度(du)(du)過高，從產品制造周期考(kao)慮(lv)，該樹(shu)脂(zhi)體(ti)系優勢不大，因此(ci)單(dan)獨(du)使(shi)用6150樹(shu)脂(zhi)與PTA樹(shu)脂(zhi)共混并不合適。

100~200℃時有(you)兩個重(zhong)(zhong)合(he)的峰(feng)，隨(sui)著TDE85比例升(sheng)高，左側PTA的固(gu)(gu)化(hua)峰(feng)逐漸變(bian)弱，直至接近消失，右(you)側TDE85的固(gu)(gu)化(hua)峰(feng)放(fang)熱量(liang)增大(da)(da)，峰(feng)值(zhi)溫度(du)(du)基(ji)(ji)本不(bu)變(bian)，這可能是(shi)由于TDE85將PTA稀釋，使(shi)得(de)PTA樹脂固(gu)(gu)化(hua)溫度(du)(du)升(sheng)高，與(yu)(yu)TDE85固(gu)(gu)化(hua)峰(feng)重(zhong)(zhong)合(he)程(cheng)度(du)(du)變(bian)大(da)(da)。當環氧(yang)樹脂與(yu)(yu)PTA樹脂的質量(liang)比為1：1時，共混樹脂固(gu)(gu)化(hua)過(guo)程(cheng)更(geng)為平(ping)穩。出(chu)現TDE85固(gu)(gu)化(hua)峰(feng)說明PTA樹脂固(gu)(gu)化(hua)交聯過(guo)程(cheng)中含有(you)叔(shu)胺(an)基(ji)(ji)團的產物能夠(gou)催化(hua)固(gu)(gu)化(hua)TDE85樹脂。與(yu)(yu)6150相比，TDE85具有(you)三個活性(xing)(xing)位點（環氧(yang)基(ji)(ji)團），反(fan)應活性(xing)(xing)高，在(zai)較低溫度(du)(du)下（175℃),反(fan)應達到(dao)峰(feng)值(zhi)。但(dan)TDE85價格較高，從(cong)產品制造成本考慮，單獨(du)使(shi)用TDE85缺少競爭力。

在以往工程實踐(jian)中，為了控制(zhi)成本(ben)和保證產(chan)品綜(zong)合性能達到(dao)要求，通常將6150和TDE-85樹脂以質(zhi)量比為1:1的(de)混合使用。基于工程應用實踐(jian)和單一種類環氧樹脂與PTA樹脂固化特性的(de)探索，本(ben)文采用6150，TDE85和PTA質(zhi)量比為1:1:2的(de)配方體系進(jin)行后(hou)續研究。

樹脂體系(xi)固(gu)化溫(wen)度(du)(du)為100~200℃,左側100~150℃為PTA的固(gu)化峰，強度(du)(du)較(jiao)弱，右(you)側150~200℃為環氧樹脂TDE85和(he)(he)6150的固(gu)化峰，兩(liang)個峰重(zhong)合部分(fen)較(jiao)大。此樹脂比例的配方體系(xi)能(neng)夠實現材料的高性能(neng)化和(he)(he)低(di)成本(ben)化。

PTA樹(shu)脂(zhi)斷(duan)(duan)裂面(mian)大部分光滑(hua)，含有(you)少(shao)量(liang)褶(zhe)皺，為(wei)脆性(xing)或者半脆性(xing)斷(duan)(duan)裂面(mian)，環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)和環(huan)氧(yang)-PTA混合樹(shu)脂(zhi)的斷(duan)(duan)面(mian)具有(you)大量(liang)褶(zhe)皺，為(wei)典型的韌(ren)(ren)性(xing)斷(duan)(duan)裂面(mian)，掃描電鏡結果表明環(huan)氧(yang)-PTA共混樹(shu)脂(zhi)體系(xi)比純PTA樹(shu)脂(zhi)韌(ren)(ren)性(xing)更好。

3.2碳纖維增強樹脂(zhi)基(ji)復(fu)合材料耐熱性

通過纏繞法制備T700增強樹脂基復合(he)材(cai)料(liao)單向板，圖7為三(san)種復合(he)材(cai)料(liao)的(de)儲能模量(liang)和損耗模量(liang)曲線(xian)。表(biao)2為DMA測試(shi)得(de)到的(de)三(san)種材(cai)料(liao)的(de)玻璃化轉變溫(wen)度。

T700/PTA、T700/環(huan)氧(yang)(yang)和T700/環(huan)氧(yang)(yang)-PTA的(de)(de)(de)初(chu)始(shi)儲(chu)能模(mo)量分別為70，50，60GPa，環(huan)氧(yang)(yang)-PTA共混體系的(de)(de)(de)儲(chu)能模(mo)量介于兩種(zhong)單一樹(shu)(shu)脂(zhi)之(zhi)間，PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)能有(you)(you)(you)效提升(sheng)環(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)(shu)脂(zhi)的(de)(de)(de)剛性，而環(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)(shu)脂(zhi)可以(yi)改善PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)的(de)(de)(de)韌(ren)性。T700/PTA、T700/環(huan)氧(yang)(yang)和T700/環(huan)氧(yang)(yang)-PTA的(de)(de)(de)玻璃化轉(zhuan)變溫度分別為213.2、140.7和191.6℃,PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)中含(han)有(you)(you)(you)大量芳環(huan)和雜(za)環(huan)結構，有(you)(you)(you)效提高(gao)了共混樹(shu)(shu)脂(zhi)體系的(de)(de)(de)耐溫性能。

3.3碳纖(xian)維增強(qiang)樹脂(zhi)基復合材料單向板力(li)學性能(neng)

采用非熱壓罐(guan)和真空袋的常規纏繞工藝制備(bei)了T700/PTA、T700/環(huan)氧以及T700/環(huan)氧-PTA復合材料(liao)單向板(ban)，測(ce)定其力(li)學性能

結果表明：T700/PTA復(fu)(fu)合(he)材(cai)料單(dan)(dan)向板的力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)較差，壓縮(suo)強(qiang)度(du)*為(wei)751.5MPa，層(ceng)間(jian)(jian)剪(jian)切(qie)強(qiang)度(du)為(wei)41.6MPa，這可能(neng)是由于(yu)(yu)PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)中含有(you)大量溶(rong)劑，常規方(fang)法所制(zhi)備(bei)單(dan)(dan)向板的空隙較大，另外由于(yu)(yu)聚三唑樹(shu)(shu)脂(zhi)固(gu)化后分子結構剛性(xing)(xing)(xing)(xing)導(dao)(dao)致(zhi)材(cai)料的韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)偏低。相比于(yu)(yu)T700/PTA復(fu)(fu)合(he)材(cai)料，T700/環(huan)氧(yang)(yang)-PTA復(fu)(fu)合(he)材(cai)料的力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)明顯提(ti)(ti)(ti)升(sheng)，其中0°拉伸(shen)強(qiang)度(du)為(wei)2046.6MPa，提(ti)(ti)(ti)高(gao)了(le)10.2%；0°壓縮(suo)強(qiang)度(du)為(wei)1259.6MPa，提(ti)(ti)(ti)升(sheng)了(le)67.6%；彎(wan)曲強(qiang)度(du)為(wei)1880.9MPa，提(ti)(ti)(ti)升(sheng)了(le)35.2%；層(ceng)間(jian)(jian)剪(jian)切(qie)強(qiang)度(du)為(wei)100.9MPa，提(ti)(ti)(ti)升(sheng)了(le)142.5%。力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)提(ti)(ti)(ti)高(gao)的主(zhu)要(yao)原因在(zai)(zai)于(yu)(yu)環(huan)氧(yang)(yang)樹(shu)(shu)脂(zhi)中含有(you)一(yi)定的柔性(xing)(xing)(xing)(xing)鏈與(yu)極性(xing)(xing)(xing)(xing)基(ji)(ji)團，提(ti)(ti)(ti)高(gao)了(le)樹(shu)(shu)脂(zhi)基(ji)(ji)體韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)的同時也提(ti)(ti)(ti)高(gao)了(le)樹(shu)(shu)脂(zhi)基(ji)(ji)體與(yu)碳纖維界面性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。由于(yu)(yu)樹(shu)(shu)脂(zhi)基(ji)(ji)體能(neng)夠更加有(you)效地傳導(dao)(dao)載荷，在(zai)(zai)宏觀上體現為(wei)樹(shu)(shu)脂(zhi)拉伸(shen)、彎(wan)曲以及層(ceng)間(jian)(jian)等力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的提(ti)(ti)(ti)升(sheng)。與(yu)T700/環(huan)氧(yang)(yang)和T700/環(huan)氧(yang)(yang)-PTA復(fu)(fu)合(he)材(cai)料在(zai)(zai)力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)上各有(you)優劣，T700/環(huan)氧(yang)(yang)的0°拉伸(shen)強(qiang)度(du)稍高(gao)，T700/環(huan)氧(yang)(yang)-PTA的0°壓縮(suo)強(qiang)度(du)較優。

PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)與碳纖(xian)維界(jie)(jie)面(mian)較差，界(jie)(jie)面(mian)存在空隙(xi)，樹(shu)(shu)脂(zhi)無法完全包(bao)覆(fu)纖(xian)維。與之相比，環(huan)(huan)氧樹(shu)(shu)脂(zhi)和環(huan)(huan)氧-PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)與碳纖(xian)維界(jie)(jie)面(mian)良好，樹(shu)(shu)脂(zhi)能(neng)夠完全包(bao)覆(fu)纖(xian)維。掃描電鏡結果證明環(huan)(huan)氧樹(shu)(shu)脂(zhi)能(neng)夠有效改善PTA樹(shu)(shu)脂(zhi)與碳纖(xian)維的界(jie)(jie)面(mian)性能(neng)，從而實現碳纖(xian)維增強復合材料力學性能(neng)的提升。

復(fu)合材料單向板(ban)的性(xing)(xing)能(neng)測(ce)試表明，與PTA樹脂相比(bi)，共混樹脂體系的力學性(xing)(xing)能(neng)有(you)了很大提(ti)(ti)高(gao)，同時耐(nai)熱性(xing)(xing)也比(bi)純環氧(yang)樹脂有(you)較大提(ti)(ti)高(gao)。這些結果也說(shuo)明：環氧(yang)樹脂和(he)PTA樹脂的性(xing)(xing)能(neng)充分(fen)互補，從(cong)而使得復(fu)合材料的綜(zong)合性(xing)(xing)能(neng)良好。

（未完待續）

來源：熱固性(xing)樹(shu)脂(zhi)，哈(ha)爾(er)濱玻璃鋼(gang)研究(jiu)院有限公司，邁(mai)愛德編輯(ji)整理